[go: up one dir, main page]

RU2327141C1 - Method and device for substance density determination - Google Patents

Method and device for substance density determination Download PDF

Info

Publication number
RU2327141C1
RU2327141C1 RU2006136406/28A RU2006136406A RU2327141C1 RU 2327141 C1 RU2327141 C1 RU 2327141C1 RU 2006136406/28 A RU2006136406/28 A RU 2006136406/28A RU 2006136406 A RU2006136406 A RU 2006136406A RU 2327141 C1 RU2327141 C1 RU 2327141C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
measured
samples
temperature
substance
sample
Prior art date
Application number
RU2006136406/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Сергеевич Дмитриев (RU)
Владимир Сергеевич Дмитриев
Сергей Иванович Карпов (RU)
Сергей Иванович Карпов
Владимир Кириллович Куролес (RU)
Владимир Кириллович Куролес
Виктор Дмитриевич Савчук (RU)
Виктор Дмитриевич Савчук
Владимир Николаевич Трусов (RU)
Владимир Николаевич Трусов
Original Assignee
Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка" filed Critical Открытое Акционерное Общество "Государственное Машиностроительное Конструкторское Бюро "Радуга" Имени А.Я. Березняка"
Priority to RU2006136406/28A priority Critical patent/RU2327141C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2327141C1 publication Critical patent/RU2327141C1/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials Using Thermal Means (AREA)

Abstract

FIELD: technological processes; measurement.
SUBSTANCE: invention may be used for determination of thermal-physical characteristics of substances. Method consists in temperature effect on the surface of measured substance sample and measurement of its temperature under the condition of using geometrically identical samples of measured and reference substances and with similar location in samples of sources and receivers of temperature effect that are distanced from them. Initially periodical independent and same alternating temperature effect is set on the surface of samples, temperature of measured and reference samples is determined, and with the help of phase detector mismatch of measured temperatures is measured. Then the frequency of temperature effect on measured substance sample is adjusted in order to fulfill the condition of equality of measured temperatures phases in samples of measured and reference samples, proportion of frequencies of temperature effect sign alternation, and density of measured substance is calculated in accordance with preset mathematical expression.
EFFECT: increase of substance density measurement fast-action, automation and simplification of measurement process.
2 cl, 1 dwg

Description

Предлагаемые способ и устройство относятся к области измерения физических величин, в частности плотности, и могут быть применены для определения теплофизических характеристик веществ.The proposed method and device relate to the field of measurement of physical quantities, in particular density, and can be used to determine the thermophysical characteristics of substances.

Известно, что теплофизические характеристики, в том числе и теплопроводность, различных веществ и их различных состояний непосредственно связаны с взаимодействием между частицами вещества, которые и определяют плотность.It is known that the thermophysical characteristics, including thermal conductivity, of various substances and their various states are directly related to the interaction between the particles of the substance, which determine the density.

Для определения теплофизических характеристик веществ применяют активное воздействие на их поверхность тепловым потоком.To determine the thermophysical characteristics of substances, an active effect on their surface by heat flow is used.

Наиболее близким к предлагаемому способу является принятый за прототип способ определения плотности материалов - заявка на изобретение №94018595, включающий адиабатическое тепловое воздействие на поверхность исследуемого материала, измерение зависимости температуры от времени в месте приложения источника тепла, по которой вычисляют значение интеграла температуры поверхности по времени, а плотность находят по калибровочной зависимости. Общими с предлагаемым техническим решением являются следующие признаки - способ определения плотности вещества включает температурное воздействие на поверхность образца и измерение его температуры.Closest to the proposed method is the prototype method for determining the density of materials - application for invention No. 94018595, including adiabatic thermal effect on the surface of the material under study, measuring the temperature versus time at the place of application of the heat source, by which the value of the surface temperature integral over time is calculated, and the density is found by the calibration dependence. Common with the proposed technical solution are the following features - the method for determining the density of a substance includes a temperature effect on the surface of the sample and measuring its temperature.

Устройство-прототип для реализации данного способа содержит электрический источник тепла - измерительный зонд, в полости которого расположен источник тепла, а на нижнем торце которого расположены термопары (датчик температуры). Общими существенными признаками, присутствующими и в предлагаемом устройстве, является наличие электрического источника тепла и измерителя температуры.A prototype device for implementing this method contains an electric heat source - a measuring probe, in the cavity of which a heat source is located, and at the lower end of which there are thermocouples (temperature sensor). Common essential features present in the proposed device is the presence of an electric heat source and temperature meter.

В связи с большим временем интегрирования, требуемым для повышения разрешающей способности данного метода, способ и устройство-прототип сложно поддаются автоматизации и имеют большую инерционность.Due to the large integration time required to increase the resolution of this method, the prototype method and device are difficult to automate and have a large inertia.

Технической задачей, на решение которой направлены предлагаемый способ и устройство, является повышение быстродействия измерений, автоматизация данного процесса и упрощение технических средств для его осуществления.The technical problem, the solution of which the proposed method and device is aimed at, is to increase the measurement performance, automate this process and simplify the technical means for its implementation.

Для решения данной технической задачи в способе определения плотности вещества, заключающемся в температурном воздействии на поверхность образца измеряемого вещества и измерении его температуры, при условии использования геометрически одинаковых образцов измеряемого и эталонного веществ и одинаковом расположении в образцах источников и дистанцированных от них приемников температурного воздействия, первоначально задают периодическое независимое и одинаковое знакопеременное температурное воздействие на поверхность образцов, определяют температуру измеряемого и эталонного образцов и посредством фазового детектора измеряют рассогласование фазы измеренных температур, а затем подстраивают частоту температурного воздействия на образец измеряемого вещества так, что выполняется условие равенства фаз измеренных температур в образцах измеряемого и эталонного веществ, измеряют соотношение частот изменения знака температурного воздействия, а плотность измеряемого вещества вычисляют в соответствии с уравнениемTo solve this technical problem, in a method for determining the density of a substance, consisting in the temperature effect on the surface of a sample of a measured substance and measuring its temperature, provided that geometrically identical samples of the measured and reference substances are used and the temperature sources are located at the same location in the samples of sources and distance sensors from them, initially set a periodic independent and the same alternating temperature effect on the surface of the samples, determine the temperature of the measured and reference samples is measured and the phase mismatch of the measured temperatures is measured by means of a phase detector, and then the frequency of the temperature effect on the sample of the measured substance is adjusted so that the condition of the phase equality of the measured temperatures in the samples of the measured and reference substances is met, the ratio of the frequencies of the sign of the temperature effect is measured, and the density of the measured substance is calculated in accordance with the equation

Figure 00000002
Figure 00000002

где ρu и ρэ - плотность соответственно измеряемого и эталонного веществ,where ρ u and ρ e - the density of the respectively measured and reference substances,

fu и fэ - частота изменения знака температурного воздействия соответственно на поверхность образцов измеряемого и эталонного веществ,f u and f e - the frequency of the sign of the temperature effect, respectively, on the surface of the samples of the measured and reference substances,

при этом частоту изменения знака температурного воздействия на поверхность образца эталонного вещества выбирают следующейthe frequency of the change in the sign of the temperature effect on the surface of the sample of the reference substance is chosen as follows

Figure 00000003
Figure 00000003

где Тэ - период смены знака теплового воздействия, равныйwhere T e - the period of change of sign of the thermal effect, equal

Figure 00000004
Figure 00000004

где mэ - масса образца эталонного вещества (кг),where m e - the mass of the sample of the reference substance (kg),

λэ - длина волны - расстояние между источником температурного воздействия и измерителем температуры (м),λ e - wavelength - the distance between the source of temperature exposure and the temperature meter (m),

Тк - температура образцов измеряемого и эталонного вещества (К).T to - the temperature of the samples of the measured and reference substance (K).

Для реализации данного способа наиболее простым конструктивно и эффективным является устройство для измерения плотности вещества, содержащее теплоизолированный от окружающей среды корпус, выполненный с возможностью размещения в нем теплоизолированных друг от друга геометрически одинаковых образцов измеряемого и эталонного веществ, размещенные в корпусе два теплоизолированные друг от друга и управляемые генераторами знакопеременного напряжения элемента Пельтье для передачи температурного воздействия образцам измеряемого и эталонного вещества, датчики температуры образцов измеряемого и эталонного вещества, дистанцированные от элементов Пельтье и подключенные через усилители сигналов к входу фазового детектора, подключенного выходом к генератору знакопеременного напряжения, управляющему элементом Пельтье образца измеряемого вещества, контроллер измерения отношения частот генераторов знакопеременного напряжения, при этом элементы Пельтье и датчики температуры по отношению к образцам измеряемого и эталонного вещества расположены одинаково.To implement this method, the most simple structurally and efficiently is a device for measuring the density of a substance, comprising a housing thermally insulated from the environment, configured to accommodate geometrically identical samples of the measured and reference substances thermally insulated from each other, two thermally insulated from each other placed in the housing and controlled by generators of alternating voltage of the Peltier element for transmitting the temperature effect to the samples of the measured and standard the substance, temperature sensors of the samples of the measured and reference substances, remote from the Peltier elements and connected through signal amplifiers to the input of the phase detector, connected to the alternating voltage generator output, the Peltier element of the sample of the measured substance, the controller for measuring the ratio of the frequencies of alternating voltage generators, while the elements Peltier and temperature sensors in relation to the samples of the measured and reference substances are located identically.

Отличительными признаками предлагаемого способа являются следующие - при условии использования геометрически одинаковых образцов измеряемого и эталонного веществ и одинаковом расположении в образцах источников и дистанцированных от них приемников температурного воздействия, первоначально задают периодическое независимое и одинаковое знакопеременное температурное воздействие на поверхность образцов, определяют температуру измеряемого и эталонного образцов и посредством фазового детектора измеряют рассогласование фазы измеренных температур, а затем подстраивают частоту температурного воздействия на образец измеряемого вещества так, что выполняется условие равенства фаз измеренных температур в образцах измеряемого и эталонного веществ, измеряют соотношение частот изменения знака температурного воздействия, а плотность измеряемого вещества вычисляют в соответствии с уравнениемDistinctive features of the proposed method are the following - provided that geometrically identical samples of the measured and reference substances are used and the temperature sensors are located in the sources and spaced apart from them, they initially set a periodic independent and the same alternating temperature effect on the sample surface, determine the temperature of the measured and reference samples and through the phase detector measure the phase mismatch is measured temperature, and then adjust the frequency of the temperature effect on the sample of the measured substance so that the condition of the equality of the phases of the measured temperatures in the samples of the measured and reference substances is met, the ratio of the frequencies of the sign of the temperature effect is measured, and the density of the measured substance is calculated in accordance with the equation

Figure 00000005
Figure 00000005

где ρu и ρэ - плотность соответственно измеряемого и эталонного веществ,where ρ u and ρ e - the density of the respectively measured and reference substances,

fu и fэ - частота изменения знака температурного воздействия соответственно на поверхность образцов измеряемого и эталонного веществ,f u and f e - the frequency of the sign of the temperature effect, respectively, on the surface of the samples of the measured and reference substances,

при этом частоту изменения знака температурного воздействия на поверхность образца эталонного вещества выбирают следующей:the frequency of the sign of the temperature effect on the surface of the sample of the reference substance is selected as follows:

Figure 00000006
Figure 00000006

где Тэ - период смены знака теплового воздействия, равныйwhere T e - the period of change of sign of the thermal effect, equal

Figure 00000007
Figure 00000007

где mэ - масса образца эталонного вещества (кг),where m e - the mass of the sample of the reference substance (kg),

λэ - длина волны - расстояние между источником температурного воздействия и измерителем температуры (м),λ e - wavelength - the distance between the source of temperature exposure and the temperature meter (m),

Тк - температура образцов измеряемого и эталонного вещества (К).T to - the temperature of the samples of the measured and reference substance (K).

Отличительными признаками предлагаемого устройства являются следующие - теплоизолированный от окружающей среды корпус, выполненный с возможностью размещения в нем теплоизолированных друг от друга геометрически одинаковых образцов измеряемого и эталонного веществ, размещенные в корпусе два теплоизолированные друг от друга и управляемые генераторами знакопеременного напряжения элемента Пельтье для передачи температурного воздействия образцам измеряемого и эталонного вещества, датчики температуры образцов измеряемого и эталонного вещества, дистанцированные от элементов Пельтье и подключенные через усилители сигналов к входу фазового детектора, подключенного выходом к генератору знакопеременного напряжения, управляющему элементом Пельтье образца измеряемого вещества, контроллер измерения отношения частот генераторов знакопеременного напряжения, при этом элементы Пельтье и датчики температуры по отношению к образцам измеряемого и эталонного вещества расположены одинаково. Т.е. основными отличительными существенными признаками являются - использование кроме образца измеряемого вещества аналогичного геометрически образца эталонного вещества (вещества с известными физическими свойствами); соответственно, наличие у каждого из образцов своего источника теплового воздействия и измерителя температуры, которые обязательно разнесены между собой для возможности организации внутри образцов прохождения тепловой волны; в качестве источников температурного воздействия используются элементы Пельтье; наличие усилителей сигналов температурных датчиков, наличие фазового детектора, которым выделяют рассогласование фазы измеренных температур и контроллера, измеряющего это рассогласование.Distinctive features of the proposed device are the following: a case insulated from the environment, made with the possibility of placing in it insulated geometrically identical samples of the measured and reference substances, two insulated from each other and controlled by generators of alternating voltage of the Peltier element for transmitting the temperature effect samples of the measured and reference substances, temperature sensors of the samples of the measured and reference o substances distanced from Peltier elements and connected through signal amplifiers to the input of a phase detector, connected by an output to an alternating voltage generator, a Peltier control element of a sample of the measured substance, a controller for measuring the ratio of frequencies of alternating voltage generators, while Peltier elements and temperature sensors relative to the samples measured and reference substances are located equally. Those. The main distinctive essential features are - the use, in addition to the sample of the measured substance, of a geometrically similar sample of the reference substance (substances with known physical properties); accordingly, each of the samples has its own source of heat and a temperature meter, which are necessarily spaced among themselves for the possibility of organizing the passage of a heat wave inside the samples; Peltier elements are used as sources of temperature exposure; the presence of signal amplifiers for temperature sensors, the presence of a phase detector, which distinguishes the mismatch of the phase of the measured temperatures and the controller that measures this mismatch.

Благодаря данным отличительным признакам в совокупности с известными из прототипа достигается следующий технический результат - существенно повышается быстродействие измерений и упрощаются технические средства для его осуществления.Thanks to these distinguishing features, together with the known from the prototype, the following technical result is achieved - the measurement speed is significantly increased and the technical means for its implementation are simplified.

Предложенные технические решения могут найти применение при измерении плотности различных веществ, находящихся как в газообразном, жидком, так и твердом состоянии.The proposed technical solutions can find application in measuring the density of various substances that are both in a gaseous, liquid, and solid state.

Предлагаемое устройство и способ определения плотности поясняются чертежом.The proposed device and method for determining the density are illustrated in the drawing.

Устройство для измерения плотности вещества содержит два теплоизолированных друг относительно друга генератора температурного потока - элемента Пельтье 1 и 2 (работающих в противофазе) для передачи температуры соответственно образцам измеряемого 3 и эталонного 4 вещества (схожего или предполагаемого по составу, свойства которого известны), которые размещены в теплоизоляционном корпусе 5. При этом измеряемое 3 (соответственно и эталонное 4) вещество может быть в любом состоянии - в газообразном, жидком, твердом. Температура образцов веществ 3 и 4 измеряется датчиками 6 и 7, которые расположены на расстоянии от соответствующих элементов Пельтье 1 и 2. Выходы датчиков 6 и 7 подключены к управляющему напряжением низкочастотному генератору переменного напряжения 8 через дифференциальные усилители сигналов 11 и фазочувствительный выпрямитель 9 (фазовый детектор). Заданное - первоначальное знакопеременное напряжение на элемент Пельтье 2 образца эталонного вещества 4 подается низкочастотным генератором переменного напряжения 10. Заданное - первоначальное (настроенное на среднюю частоту генератора 10, а затем подстраиваемое) знакопеременное напряжение на элемент Пельтье 1 образца измеряемого вещества 3 подается низкочастотным генератором переменного напряжения 8. Датчики температур 6 и 7, например резистивные, включены в мостовые схемы, запитанные постоянным напряжением, а выходы мостовых схем соединены с дифференциальными усилителями 11. Необходимым условием работы является одинаковое расстояние между элементами Пельтье 1 и 2 и соответствующими датчиками температур 6 и 7. В силу инерционности можно генераторы переменного напряжения 8 и 10 выполнять квазисинусоидальными. В этом случае элементы Пельтье 1 и 2 выделят чистую синусоиду. Соотношение частот генераторов 10 и 8 измеряется контроллером 12.A device for measuring the density of a substance contains two heat flux generators insulated relative to each other - Peltier elements 1 and 2 (operating in antiphase) for transmitting temperature, respectively, to samples of the measured 3 and reference 4 substances (similar or assumed in composition, whose properties are known), which are located in the heat-insulating casing 5. At the same time, the measured 3 (respectively, reference 4) substance can be in any state - in gaseous, liquid, solid. The temperature of samples of substances 3 and 4 is measured by sensors 6 and 7, which are located at a distance from the corresponding Peltier elements 1 and 2. The outputs of the sensors 6 and 7 are connected to the control voltage of the low-frequency alternating voltage generator 8 through differential signal amplifiers 11 and a phase-sensitive rectifier 9 (phase detector ) The specified - the initial alternating voltage for the Peltier element 2 of the sample of the reference substance 4 is supplied by the low-frequency alternating voltage generator 10. The specified - initial (tuned to the middle frequency of the generator 10, and then adjustable) alternating voltage for the Peltier element 1 of the sample of the measured substance 3 is supplied by the low-frequency alternating voltage generator 8. Temperature sensors 6 and 7, for example, resistive, are included in the bridge circuit powered by constant voltage, and the outputs of the bridge circuitry are connected enes with differential amplifier 11. The necessary condition of operation is the same distance between the Peltier elements 1 and 2 and corresponding temperature sensors 6 and 7. By virtue of the inertia of the generators can be AC voltage 8 and 10 perform kvazisinusoidalnogo. In this case, the Peltier elements 1 and 2 will distinguish a pure sinusoid. The ratio of the frequencies of the oscillators 10 and 8 is measured by the controller 12.

Предлагаемое устройство реализует заявленный способ следующим образом. К элементу Пельтье 2, генерирующему тепловую волну в образце эталонного вещества 4, подают от генератора 10 знакопеременное напряжение постоянной частоты. Первоначально аналогичное напряжение подается и генератором 8 к элементу Пельтье 1. При этом элементы Пельтье 1 и 2 изменяют температуру образцов вещества 3 и 4 с частотой изменения полярности напряжения. Поскольку теплопроводность образцов вещества 3 и 4 разная, то скорость распространения тепловой волны от элементов Пельтье 1 и 2 к датчикам температуры 6 и 7 также будет разной и поэтому фазочувствительный детектор 9 выделит сигнал, пропорциональный разности температурных фаз в образцах 3 и 4. Этот сигнал автоматически изменит частоту генератора 8 так, чтобы выполнить условие разности фаз, равной нулю, т.е. равенства скоростей распространения тепловой волны. Соотношение частот генераторов 10 и 8 измеряется контроллером, после чего вычисляется в соответствии с формулой. Зная плотность (число частиц) образца эталонного вещества 3, вычисляется плотность образца 4 измеряемого вещества.The proposed device implements the claimed method as follows. An alternating voltage of constant frequency is supplied from the generator 10 to the Peltier element 2 generating a heat wave in the sample of the reference substance 4. Initially, a similar voltage is supplied by the generator 8 to the Peltier element 1. In this case, the Peltier elements 1 and 2 change the temperature of the samples of substances 3 and 4 with the frequency of voltage polarity change. Since the thermal conductivity of samples of substances 3 and 4 is different, the speed of propagation of a heat wave from Peltier elements 1 and 2 to temperature sensors 6 and 7 will also be different and therefore a phase-sensitive detector 9 will emit a signal proportional to the difference in temperature phases in samples 3 and 4. This signal is automatically will change the frequency of the generator 8 so as to satisfy the condition of the phase difference equal to zero, i.e. equality of heat wave propagation velocity. The ratio of the frequencies of the oscillators 10 and 8 is measured by the controller, after which it is calculated in accordance with the formula. Knowing the density (number of particles) of the sample of reference substance 3, the density of sample 4 of the measured substance is calculated.

ЗависимостьDependence

Figure 00000008
Figure 00000008

следует из законов проникновения тепловой волны в среду.follows from the laws of thermal wave penetration into the medium.

Согласно второму закону Фурье для проникновения тепловой волны в среду фазовое время между одноименными фазовыми состояниями волн определяется какAccording to the second Fourier law, for the penetration of a heat wave into a medium, the phase time between the same phase states of waves is defined as

Figure 00000009
Figure 00000009

где Δl - глубина проникновения тепловой волны [м],where Δl is the penetration depth of the heat wave [m],

ω - частота фазовых переходов волны или орбитальный период волн [1/с],ω is the frequency of the phase transitions of the wave or the orbital period of the waves [1 / s],

αт2 - температуропроводность [м2/с].α t 2 - thermal diffusivity [m 2 / s].

Из формулы [1] следует, что фазовая скоростьFrom the formula [1] it follows that the phase velocity

Figure 00000010
Figure 00000010

Согласно классической электродинамике мощность излучения волны определяется какAccording to classical electrodynamics, the radiation power of a wave is defined as

Figure 00000011
Figure 00000011

где Т - период излучения; ε - энергия излученных волн за период Т.where T is the radiation period; ε is the energy of the emitted waves over period T.

Figure 00000012
- ток в элементарном токовом витке, откуда следует:
Figure 00000012
- current in an elementary current loop, from which it follows:

Figure 00000013
Figure 00000013

где λ - длина микроволны;where λ is the length of the microwave;

Δl - элементарная волна;Δl is the elementary wave;

R - сопротивление движению элементарных волн в микроволне [Ом].R is the resistance to movement of elementary waves in the microwave [Ohm].

ε=m·U2,ε = m · U 2 ,

где m - масса вещества,where m is the mass of the substance,

откуда следуетwhence follows

Figure 00000014
Figure 00000014

U2·Т=αт2, откуда следует:U 2 · T = α t 2 , whence it follows:

Figure 00000015
Figure 00000015

Из уравнения [2] и [5] следуетFrom equation [2] and [5] it follows

Figure 00000016
Figure 00000016

откуда следует:whence follows:

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

откуда следует:whence follows:

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
- тепловая энергия волны.
Figure 00000020
- thermal energy of the wave.

Тогда получим q2·R=Q·Т и уравнение [7] запишется в виде:Then we get q 2 · R = Q · T and equation [7] is written in the form:

Figure 00000021
Figure 00000021

Figure 00000022
Figure 00000022

Если выполнить устройство, обеспечивающее стабилизацию длины волны и стабилизацию тепловой энергии волн, то получимIf you make a device that provides stabilization of the wavelength and stabilization of the thermal energy of the waves, then we get

Figure 00000023
Figure 00000023

но

Figure 00000024
but
Figure 00000024

где Кб - постоянная Больцмана,where Kb is the Boltzmann constant,

и тогдаand then

Figure 00000025
Figure 00000025

Figure 00000026
Figure 00000026

Figure 00000027
Figure 00000027

где Тк - температура в Кельвинах.where T to is the temperature in Kelvin.

В тепловых волнах длина волн находится в диапазоне размера газодинамического атомаIn thermal waves, the wavelength is in the size range of the gas-dynamic atom

т.е. λ=0,529·10-10 м, откуда следуетthose. λ = 0.529 · 10 -10 m, whence

Figure 00000028
Figure 00000028

Если температуру, среднюю за период, выбрать равной 300К, то получим

Figure 00000029
If the temperature average over the period is chosen equal to 300K, then we obtain
Figure 00000029

Если выбрать массу эталонной среды ≈0,03 кг, то получим 1/fэ≈0,9 Гц, т.е. fэ=1,111 Гц.If we choose the mass of the reference medium ≈0.03 kg, then we get 1 / f e ≈0.9 Hz, i.e. f e = 1,111 Hz.

Т.е. на низких частотах в районе 1 Гц можно выполнить спектральный анализатор различных сред.Those. at low frequencies in the region of 1 Hz, a spectral analyzer of various media can be performed.

Следует заметить, что формула [11] связывает массу тепловой волны, длину волны и частоту фазовых переходов волны. Изменяя частоту тепловой волны и измеряя температуру волны, среднюю за период, при стабилизации этой температуры следует отмечать потребляемую энергию генератором тепловой волны (элементом Пельтье) при минимуме или максимуме ее потребления. Тем самым будут определены частоты, на которых происходит максимальное поглощение энергии, аналогичное спектральным линиям поглощения (дифракция Фраунгофера в оптическом диапазоне). Таким образом реализуется предлагаемый анализатор спектра или плотномер спектральный.It should be noted that formula [11] relates the mass of the thermal wave, the wavelength, and the frequency of phase transitions of the wave. By changing the frequency of the heat wave and measuring the wave temperature, the average for the period, when this temperature is stabilized, the energy consumed by the heat wave generator (Peltier element) should be noted with a minimum or maximum of its consumption. This will determine the frequencies at which the maximum energy absorption occurs, similar to the spectral absorption lines (Fraunhofer diffraction in the optical range). Thus, the proposed spectrum analyzer or spectrometer is implemented.

Claims (2)

1. Способ определения плотности вещества, заключающийся в температурном воздействии на поверхность образца измеряемого вещества и измерении его температуры, отличающийся тем, что при условии использования геометрически одинаковых образцов измеряемого и эталонного веществ и одинаковом расположении в образцах источников и дистанцированных от них приемников температурного воздействия, первоначально задают периодическое независимое и одинаковое знакопеременное температурное воздействие на поверхность образцов, определяют температуру измеряемого и эталонного образцов и посредством фазового детектора измеряют рассогласование фазы измеренных температур, а затем подстраивают частоту температурного воздействия на образец измеряемого вещества так, что выполняется условие равенства фаз измеренных температур в образцах измеряемого и эталонного веществ, измеряют соотношение частот изменения знака температурного воздействия, а плотность измеряемого вещества вычисляют в соответствии с уравнением:1. The method of determining the density of a substance, which consists in the temperature effect on the surface of the sample of the measured substance and the measurement of its temperature, characterized in that, provided that geometrically identical samples of the measured and reference substances are used and the temperature sources are located in the samples and the receivers spaced apart from them, initially set a periodic independent and the same alternating temperature effect on the surface of the samples, determine the temperature the measured and reference samples, and by means of a phase detector, the phase mismatch of the measured temperatures is measured, and then the frequency of the temperature effect on the sample of the measured substance is adjusted so that the condition of the phase equality of the measured temperatures in the samples of the measured and reference substances is met, the ratio of the frequencies of the sign of the temperature effect is measured, and the density of the measured substance is calculated in accordance with the equation:
Figure 00000030
Figure 00000030
где ρи и ρэ - плотность соответственно измеряемого и эталонного веществ;where ρ and and ρ e are the density of the measured and reference substances, respectively; fи и fэ - частота изменения знака температурного воздействия соответственно на поверхность образцов измеряемого и эталонного веществ;f and and f e - the frequency of the change in sign of the temperature effect, respectively, on the surface of the samples of the measured and reference substances; при этом частоту изменения знака температурного воздействия на поверхность образца эталонного вещества выбирают следующей:the frequency of the sign of the temperature effect on the surface of the sample of the reference substance is selected as follows:
Figure 00000031
Figure 00000031
где Тэ - период смены знака теплового воздействия, равный:where T e - the period of change of sign of the thermal effect, equal to:
Figure 00000032
Figure 00000032
где mэ - масса образца эталонного вещества, кг;where m e - the mass of the sample of the reference substance, kg; λэ - длина волны - расстояние между источником температурного воздействия и измерителем температуры, м;λ e - wavelength - the distance between the source of temperature exposure and the temperature meter, m; Тк - температура образцов измеряемого и эталонного вещества, К.T to - the temperature of the samples of the measured and reference substances, K.
2. Устройство для определения плотности вещества, содержащее теплоизолированный от окружающей среды корпус, выполненный с возможностью размещения в нем теплоизолированных друг от друга геометрически одинаковых образцов измеряемого и эталонного веществ, размещенные в корпусе два теплоизолированнык друг от друга и управляемых генераторами знакопеременного напряжения элемента Пельтье для передачи температурного воздействия образцам измеряемого и эталонного вещества, датчики температуры образцов измеряемого и эталонного вещества, дистанцированные от элементов Пельтье и подключенные через усилители сигналов к входу фазового детектора, подключенного выходом к генератору знакопеременного напряжения, управляющему элементом Пельтье образца измеряемого вещества, контроллер измерения отношения частот генераторов знакопеременного напряжения, при этом элементы Пельтье и датчики температуры по отношению к образцам измеряемого и эталонного вещества расположены одинаково.2. A device for determining the density of a substance, containing a housing that is thermally insulated from the environment, configured to accommodate geometrically identical samples of the measured and reference substances thermally insulated from each other, two thermally insulated from each other and controlled by alternating voltage generators of a Peltier element for transmission temperature exposure to the samples of the measured and reference substances, temperature sensors of the samples of the measured and reference substances, d stationed from Peltier elements and connected through signal amplifiers to the input of a phase detector, connected by an output to an alternating voltage generator, a Peltier control element of a sample of the measured substance, a controller for measuring the ratio of frequencies of alternating voltage generators, while Peltier elements and temperature sensors with respect to the samples of the measured and reference substances are located equally.
RU2006136406/28A 2006-10-17 2006-10-17 Method and device for substance density determination RU2327141C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006136406/28A RU2327141C1 (en) 2006-10-17 2006-10-17 Method and device for substance density determination

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006136406/28A RU2327141C1 (en) 2006-10-17 2006-10-17 Method and device for substance density determination

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2327141C1 true RU2327141C1 (en) 2008-06-20

Family

ID=39637482

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006136406/28A RU2327141C1 (en) 2006-10-17 2006-10-17 Method and device for substance density determination

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2327141C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU306395A1 (en) * Б. П. Константинов , В. Н. Провоторов Физико технический институт А. Ф. Иоффе DEVICE FOR DETERMINATION OF DENSITY OF SOLID BODIES
SU1179147A2 (en) * 1983-12-20 1985-09-15 Завод-Втуз При Производственном Объединении Турбостроения "Ленинградский Металлический Завод" Instrument for determining density of solids and liquids
AU4336596A (en) * 1995-02-08 1996-08-15 Alstom T & D Sa A method and a system for determining the density of an insulating gas in an electrical apparatus

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU306395A1 (en) * Б. П. Константинов , В. Н. Провоторов Физико технический институт А. Ф. Иоффе DEVICE FOR DETERMINATION OF DENSITY OF SOLID BODIES
SU1179147A2 (en) * 1983-12-20 1985-09-15 Завод-Втуз При Производственном Объединении Турбостроения "Ленинградский Металлический Завод" Instrument for determining density of solids and liquids
AU4336596A (en) * 1995-02-08 1996-08-15 Alstom T & D Sa A method and a system for determining the density of an insulating gas in an electrical apparatus

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Fry et al. Determination of absolute sound levels and acoustic absorption coefficients by thermocouple probes—Theory
US5285677A (en) Selective gas detection by field separation and velocity of sound determination, especially O2 detection
US2536025A (en) Piezoelectric interferometer system
Bill Jr et al. The transition of plane plumes
US7350971B2 (en) Method and device for measuring the thermal conductivity of a multifunctional fluid
CN103558247A (en) Automatic thermal conductivity coefficient measurement equipment based on thermoelectric semiconductor
Dixon et al. A differential AC calorimeter for biophysical studies
Gromov et al. Hardware and Software System for Thermal Control.
RU2327141C1 (en) Method and device for substance density determination
RU61035U1 (en) DENSITOMETER
Adler A hot wire technique for continuous measurement in unsteady concentration fields of binary gaseous mixtures
Brendel et al. Determination of thermal diffusivity of fibrous insulating materials at high temperatures by thermal wave analysis
Hashimoto et al. Temperature wave analysis
Blankenship et al. Experimental effects of transverse oscillations on free convection of a vertical, finite plate
Elder [2] Density measurements by the mechanical oscillator
Acquaroli 3-omega method for thermal properties of thin film multilayers
RU186025U1 (en) DEVICE FOR DETERMINING THERMAL PROPERTIES OF MATERIALS
Elicer-Cortés et al. Ultrasound scattering from a turbulent round thermal pure plume
Lam et al. An Investigation of the Signal Obtained from a Flame Infrared Emission (FIRE) Detector
Disk TPS 1000
Moreno et al. Setups for simultaneous measurement of isotherms and adsorption heats
RU2222004C2 (en) Procedure establishing thermophysical properties of solid and dispersive materials in the form of rods
Lanzetta et al. Temperature measurements: Thermoelectricity and microthermocouples
Štofanik et al. RT-Lab-the Equipment for measuring thermophysical properties by transient methods
Wang et al. A quartz crystal microbalance dew point sensor without frequency measurement

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20161018