Приложение F (справочное). Ограничения, связанные с различной компоновкой весов

Приложение F
(справочное)

Ограничения, связанные с различной компоновкой весов

F.1 Компоновка весов

Ниже представлены наиболее часто используемые типы весов. Они характеризуются способом крепления мишени к чашке весов.

Компоновка А: С мишенью, подвешенной под весами; бак с водой не связан с чашкой весов; преобразователь излучает вверх и установлен, например, в отверстии в днище бака с водой (рисунок F.1)

Компоновка В: С мишенью, подвешенной с помощью балки, установленной на чашке весов; бак с водой не связан с весами; у поверхности воды находится преобразователь, который излучает вниз на мишень (рисунки F.2 и F.3)

Компоновка С: С мишенью, лежащей на дне бака с водой, установленного на чашку весов; у поверхности воды находится преобразователь, который излучает вниз на мишень (рисунок F.4)

Компоновка D: С плоской отражающей мишенью, подвешенной под углом на балке, установленной на чашке весов; бак с водой не связан с весами; у поверхности воды находится преобразователь, который излучает вниз на мишень

Компоновка Е: С мишенью, подвешенной с помощью балки на чашку весов так, чтобы имелось пространство для установки преобразователя; бак с водой не связан с весами; у поверхности воды находится преобразователь, который излучает вниз на мишень (рисунок F.5)

Компоновка F: С горизонтальной ориентацией ультразвукового пучка, с мишенью, подвешенной под держателем с возможностью определения ее положения, а также с возможностью измерения силы удерживания мишени в нулевой позиции (рисунки F.6 и F.7)

Рисунок F.1 - Компоновка А с поглощающей (а) и отражающей (b) мишенями:

1 - весы; 2 - пульт управления весами; 3 - преобразователь; 4 - мишень; 5 - боковые поглотители

Рисунок F.2 - Компоновка В с выпуклой отражающей мишенью: 1 - весы; 2 - пульт управления весами; 3 - преобразователь; 4 - мишень; 5 - боковые поглотители; 6 - держатель преобразователя; 7 - бак с водой; 8 - генератор и усилитель; 9 - вольтметр	Рисунок F.3 - Компоновка В с поглощающей мишенью: 1 - весы; 2 - пульт управления весами; 3 - преобразователь; 4 - мишень; 5 - держатель преобразователя; 6 - бак с водой; 7 - генератор и усилитель; 8 - вольтметр

Рисунок F.4 - Компоновка С с поглощающей мишенью:

1 - весы; 2 - пульт управления весами; 3 - преобразователь; 4 - мишень; 5 - держатель преобразователя; 6 - бак с водой; 7 - генератор и усилитель; 8 - вольтметр

Рисунок F.5 - Компоновка Е с поглощающей (а) и вогнутой отражающей (b) мишенями:

1 - весы; 2 - пульт управления весами; 3 - преобразователь; 4 - мишень; 5 - боковые поглотители

Рисунок F.6 - Компоновка F с выпуклой отражающей мишенью: 1 - преобразователь; 2 - полая коническая мишень; 3 - поглотитель; 4 - магнит для уравновешивания радиационной силы; 5 - катушка для уравновешивания радиационной силы; 6 - индикаторы нуля на светодиодах; 7 - мембрана с фланцем; 8 - свинцово-кислотная батарея; 9 - установка нуля; 10 - подвеска мишени; 11 - камера с водой; 12 - крышка с фильтром; 13 - цапфы на камнях; 14 - переключатель диапазонов, электронный блок, показывающее устройство

Рисунок F.7 - Компоновка F с поглощающей мишенью: 1 - преобразователь; 2 - поглощающая мишень; 3 - фототранзисторы; 4 - затемненный флажок; 5 - тонкое пластиковое окно; 6 - опорная ось; 7 - вода; 8 - магнит; 9 - катушка; 10 - амперметр; 11 - усилитель; 12 - светодиод; 13 - радиационная сила; 14 - магнитная сила

Системы уравновешивания всех рассмотренных компоновок могут быть оснащены мишенью любого типа: поглощающей или отражающей. Хотя компоновка С допускает использование как поглощающей, так и отражающей мишени, в этом приложении рассмотрен лишь один частный случай - компоновки с поглощающей мишенью. Особенности компоновки А (например, наличие отверстия определенных размеров в днище измерительного бака) накладывают определенные ограничения на конструкцию измеряемых преобразователей, а значит, и на области применения устройств типа А. Наиболее целесообразно их использовать в эталонных средствах измерений, которые применяют для измерения преобразователей определенной конструкции. Другие типы компоновки систем измерения радиационной силы могут быть положены в основу рабочих средств измерений.

F.2 Ограничения, связанные с классификацией весов

Хотя все представленные в этом приложении типы (компоновки) систем уравновешивания в той или иной мере применимы для измерения мощности ультразвука, каждый тип имеет свои преимущества и недостатки, определяющие возможность его конкретного применения. Преимущества и недостатки каждой из компоновок приведены в таблице F.1.

Таблица F.1 - Преимущества и недостатки систем уравновешивания в различной компоновке

С поглощающей мишенью

С отражающей мишенью

Примечание

Преимущества

А

В

С

D

Е

F

А

В

С

D

Е

F

Относительно недорогие весы

Достаточно универсальны

Прочная переносная конструкция

Простота устройства поддержания мишени

Не требуется устройств для поддержания мишени

Легкий доступ

Простота замены преобразователя

Вогнутая мишень самоцентрируется в ультразвуковом пучке

Не требуется юстировка мишени

Теплота, выделяемая при высоких уровнях мощности, будет распределяться по стенкам бака

Тепловые конвекционные потоки перпендикулярны измеряемой силе

Недостатки

Расходящийся ультразвуковой пучок (ka < 30) не может быть точно измерен

Необходимо обеспечить излучение ультразвука снизу вверх

Мембрана акустической связи выбирается в результате компромисса между ее прочностью и стремлением минимизировать акустические потери

Конвекционные течения от преобразователя к мишени

Необходимость покрытия стенок поглощающим материалом делает их непрозрачными

В неоднородном пучке мишень будет смещаться

Нагрев мишени из-за поглощения в ней ультразвука может изменить акустические свойства мишени

Перенос тепла от преобразователя к мишени

Проволочки подвеса мишени могут быть легко повреждены

Требуется специальная конструкция для установки мишени, предотвращающая ее смещение в неоднородном ультразвуковом пучке

Так как бак с мишенью установлен на чашке весов, требуется широкий диапазон взвешивания при сохранении высокой чувствительности, а значит, и дорогие весы. Минимальная измеряемая мощность около 20 мВт

Для непосредственной связи с водой требуются специальные устройства ввода преобразователя

Для калибровки методом гравиметрического уравновешивания необходимо иметь дополнительное плечо к весам