JPH08505466A

JPH08505466A - 媒体の物理的状態パラメーター決定のための方法及びその方法を実施するための装置

Info

Publication number: JPH08505466A
Application number: JP3514404A
Authority: JP
Inventors: パルイロヴィッチサルヴァジアン，アルメン; ニコラエヴィッチベロネンコ，ヴラディミール; ヴァニコヴィッチシャリキアン，ティグラン
Original assignee: ヴセソジュズニーナウチノ・イスレドヴァテルスキーインスティチュートプリロドニハガゾフ（ヴニイガズ）
Priority date: 1990-08-24
Filing date: 1991-08-23
Publication date: 1996-06-11
Also published as: WO1992003723A1; EP0502197A1; EP0502197A4

Abstract

(57)【要約】媒体の物理的状態パラメーターを決定するための方法は、媒体の物理的パラメーター計測の間に、参照媒体要素内に振動を発生させ、振動過程特性の１つと、特定のパラメーターとの間の関係を成立させ、参照要素を調査される媒体と接触させ、再び要素内に振動を発生させ、参照媒体要素の振動過程特性の変化から、調査される媒体の所望の状態パラメーターの値を決定する段階から構成される。発生される振動は変調された超音波又は極超音波の種類である。計測される特性は、共振周波数又はQ係数、振動の伝播速度又は吸収係数を含み、参照媒体の緩和周波数を見い出して、調査される媒体の状態パラメーターを、例えば緩和周波数に従って決定する。液体媒体、及び磁気レオロジー的、電気レオロジー的媒体が、参照媒体として使用される。上記の方法を実施するための装置は、壁に開口（22）を有する中空のケーシング（21）と、その端部に固定され電極（24,25）を有する音波発振トランスデューサー（23）と、そのトランスデューサーはケーシングと共に計測室（26）を形成し、締め付け部材（27）とから構成される。それぞれの音波発振トランスデューサー（23）は、ケーシング（21）と締め付け部材（27）との間のその周縁に沿ってしっかりと固定される。調査される流体に接触するそれぞれの音波発振トランスデューサー（23）の表面はソリッド電極（24）から成り、トランスデューサー（23）のその反対側の表面は、計測室（26）と共軸でそれと同一の直径を有する電極である。ケーシングは１以上の計測室を含む。

Description

【発明の詳細な説明】媒体の物理的状態パラメーター決定のための方法及びその方法を実施するための装置技術分野本発明は、流体、実質的な圧力、温度、磁界の強度等を、媒体中に振動を発生させることによって測定、又は検査を必要とする石油、石油化学及び化学産業に関する。技術背景この分野で周知の方法として、圧電センサーの入力に参照電圧をかけ、ある共振周波数で作動させる間に、それにかけられた圧力に従ってセンサーの変成比を決定することによって圧力を計測するための方法がある（SU Al 317,931）又他の周知の方法として、検査される媒体中に振動を発生させて、それを通過した信号を受信し、それらの特性から圧力を決定する段階から成る、液体の物理パラメーターを検査するための方法がある（SU Al 456.996）又、測定室と、対向する壁に共軸に設けられた超音波共振トランスヂューサーとから構成され、生物学的液体を超音波で検査するための装置が知られている（ SU Al 932,389）従来の方法及び装置の欠点は、計測の低感度と不正確さである。これは、圧電トランスヂューサーのたわんだ表面と載置要素との間に挿入される弾性スペーサが原因となって、超音波発振トランスヂューサーがケーシングとカバーとの間にしっかりと取り付けられていないことが原因で、圧力及び温度の広い範囲での使用を不適としている。又、計測における低い精度は次の事に原因している。即ち、検査される媒体によってたわんだ圧電板表面上の電極が、計測室の直径に一致しておらず、これが、検査中の媒体と同様に、計測室のケーシング内の超音波の伝播の結果となるからである。発明の開示本発明の目的は、媒体の物理的パラメーターを決定するための改良された方法を開発し、機能の範囲を拡大し、広い範囲での温度と圧力の正確な計測を改良するように設計された上記の方法を実施するための装置を開発することである。この目的は、媒体の状態パラメーターを決定するための方法によって達成される。即ち、振動を発生させ、振動過程の特性を計測し、それらを基礎として所望のパラメーターを検知し、更に、参照媒体要素内で振動を発生させ、振動過程特性の少なくとも１つと検知されるパラメーターとの間の関係を検知し、参照要素を調査中の媒体に接触させ、再び要素内で振動を発生させ、参照媒体要素内の振動過程特性の変化から、調査中の媒体の所望の状態パラメーターの値を決定する。加えて、変調された振動が発生される。本発明の目的のために使用される振動過程特性は、共振周波数及び／又はQ係数と、伝播速度及び／又は振動の吸収係数を含み、基準媒体の緩和周波数が更に見いだされ、調査中の媒体の状態パラメーターが緩和周波数偏移から決定される。超音波、極超音波及び電磁マイクロウウェーブ振動が参照媒体要素内で発生される。パラメーターは、調査中の媒体に対応する液体媒体が、参照媒体要素として使用される。又、電気レオロジー的及び磁気レオロジー的媒体が参照媒体として使用される。参照媒体は、振動伝播速度と温度との間の線形関係、及び／又は弾性率と圧力との間の線形関係で選択及び／又はシミュレートされる。参照媒体要素は、調査中の媒体に応じて選択又はシミュレートされる。即ちその特性、凝集の状態、調査の条件及び対象、計測される媒体の状態のパラメーター（例えば、圧力、温度または特定の体積）、及び物理的特性の変化パターンである。参照媒体は、計測されるパラメーターに対して好ましい（高い）感度を有する様に選択される。これによって、広い計測範囲内で異なった状態パラメーターを決定し、高い精度で異なった媒体を調査することが可能になる。本発明の方法に従って、状態パラメーターを決定するために使用される振動方法は、媒体の物理的特性（例えば、弾性率及び粘性）と同様に（圧力といった）状態パラメーターを、同一の装置を使用して同時に計測することを可能にし、最適の計測条件を作り出し、方法の効率を高めることを可能にする。振動変調は、小さなサイズの参照媒体要素で、高い周波数を実行する計測の精度を高めるのために助けとなる。空洞形状内の参照媒体要素と共振振動周波数の計測は、共振振動周波数が高い精度で決定されるために、その精度を高めることを可能とする。気体における調査はQ係数を使用して実行され、例えば深真空までに圧力の計測範囲を拡張するのに役立つ。計測される振動過程特性として使用される発振の速度及び／又は吸収係数は、その吸収係数が例えば溶解物の濃度といった小さな変化（10^-2%以下）にさえ応答して顕著に変化することが可能なため、方法の感度を向上させることが可能で、又一方、弾性特性（例えば、圧縮性）及び圧力が振動の伝播速度から決定され、消散特性（例えば、粘性）及び例えば圧力は吸収度から見いだされるために、振動過程を使用した媒体の物理的特性の計測における最適の条件と効率を達成することが可能である。異なった振動周波数で実行される計測は、例えば振動周波数に関係する吸収の計測が参照媒体の緩和周波数の検知を助け、例えば圧力の効果の下で緩和周波数の偏移からのモニターが状態パラメーターにおいて変化するため、良好な結果を生み出す。参照媒体要素は、例えば、二量体と単量体との間に成立する平衡に基づく緩和を有する液体、あるいは、分子緩和プロセス（回転異性体緩和）を維持する液体によって代表されることが可能である。その様な液体の緩和周波数は圧力に従属しないが、温度変化によって変化し、振動伝播速度の増加から圧力変化を計測し、次の式の値から温度を同時に計測することを可能にする。即ち、 α/f²（又はα/f）であり、式中、αは吸収係数であり、fは周波数である。超音波振動の発生は、方法の精度と感度を向上させるのに役立ち、その事実は、発生された振動の周波数の値、高い超音波吸収値、波長、及び超音波周波数範囲内で緩和する多くの媒体の可能性によるものである。更に、超音波方法は、例えば、圧縮性率といった媒体の物理的特性を同時に決定するのに適しており、この事実は、媒体の状態パラメーターと物理的特性を決定するために使用されるように設定される同一の装置であることを可能とする。同様に、極超音波振動の発生は、方法の感度と精度を向上させることが可能で、参照媒体要素の大きさを最少にし、薄い膜や層における計測を可能にし、それによって方法の可能性を広げる。参照として使用される液体媒体は、それが圧力及び温度に従って振動の伝播速度及び吸収における主なる変化に作用するため、方法の精度と感度を向上させる。次に、これは、液体媒体の計測において、周波数（例えば、空洞の）及びQ係数の変化を広い範囲又最適に拡張する。磁気レオロジー的及び／又は電気レオロジー的媒体の採用は、方法の感度向上の助けとなり、磁場及び電磁場の存在によって媒体の状態パラメーターと媒体の特性を正確に測定する助けとなる。振動の伝播速度と温度との間の線形な関係を示す参照媒体の選択及び／又はシミュレーションは、それが速度と温度との間の関係を反映する直線上に見られる基準点がたった２つであるため、検査中の媒体の温度測定において方法の精度を向上させ、物理的特性の計測にとって最適な条件を作り出すのに役立つ。弾性率と圧力との間の線形関係を示す参照媒体要素の助けによって圧力を測定する場合、同様の目的が達成される。本方法を実行するために、流体の物理的状態パラメーターを決定するための装置において、壁にオリフィスを有し端部に音波発振トランスデューサーを備えた中空のケーシングから構成され、ケーシングと締め付け部材と共に計測室を形成するそれぞれの発振トランスデューサーは、ケーシングの端部と締め付け部材との間の周縁にしっかりと固定されており、調査中の流体に接触するそれぞれの音波発振トランスデューサーの表面は連続した電極の形で設けられており、それぞれの音波発振トランスヂューサーの対向する表面の電極は、計測室と共軸でそれと同一の直径を有している。上記の目的は、更に、ケーシングがより多くの計測室を含み、全ての室に共通な音波発振トランスデューサー上に電極が設けられることで達成される。計測室はケーシングの長手方向の軸の周囲に対称的に配置され、又、計測室は互いに直線状に配置されて、それらの音波基準は任意に異なる。計測室は弾性の仕切りによって外界環境から隔絶されており、計測室の１つは参照流体によって満たされている。それぞれの締め付け部材はその周縁にそって対称的に配置された調節ネジを有しており、シールリングと締め付けリングがそれぞれの音波発振トランスヂューサーの周縁に沿って設けられている。装置は高圧下の流体の特性を計測するためオートクレーブ内に置かれる。機能拡張、圧力と温度の広い範囲での計測の改良精度は、それぞれの圧電板をケーシング端部と締め付け部材との間の全周に沿ってしっかりと固定することによって達成される。電極が計測室と同軸であり、それと同一の直径を有するために、超音波は計測室を満たしている流体内でのみ発生され、それによって、計測の精度が向上する。ケーシング内に配置される計測室を１以上の数で備え、全ての室のための電極を全室共通の圧電板上に設けることによって、数種の試料（例えば、異なった濃度の溶液）の特性を同時に計測することが出来る。その結果、全ての試料が同一の条件にあることから、装置の機能上の可能性及び計測の精度が向上する。計測室がケーシングの長手方向の軸の周囲に対称的に位置していることは、その対称性が同一の温度条件にある室の間の温度勾配を最少にする助けとなる理由によって、計測の精度を向上させることが可能である。計測室が互いに直線上に位置することによって、計測される試料の数を増やすことが可能で、圧力の範囲を拡張し、また一方、高圧室（オートクレーブ）の内部直径を減少させ、それによって装置の機能上の可能性を広げる。弾性仕切りによって計測室を外界環境から隔離することによって、種々の液体が計測室内に置かれることが可能で、装置の外側の圧力伝達液体から、又調温液体から隔てられることから、装置の機能上の可能性を広げることが出来る。計測室の１つが参照流体で満たされているため、計測結果が参照試料と比較できることから計測の精度が向上する。更に、参照流体によって満たされている計測室は圧力（及び／又は温度）センサーとして使用することが可能である。それそれの締め付け部材にその周縁に沿って対称的に配置されている調節ネジは、音波発振トランスデューサーが可能な方法で最も平衡に調節されることを可能とし、従って、計測精度が向上する。密封の問題は、それぞれの音波発振トランスデューサーの周縁に沿ってシールリングと締め付けリングを備えることによって解決される。図面の簡単な説明本発明を、特定の実施例の記載と、又添付の図面を参照することによって以降説明する。図１は、液体参照媒体をによって、本発明を実施するための装置の概略図である。図２は、正確な計測を行うための装置の電気回路図である。図３は、単一のケーシング内に含まれる４つの共振超音波室を有する装置の概略図である。図４は、高圧で実施される計測を説明する概略図である。図５は、流体の音波特性を計測するための装置の設計を説明する図である。図６は図５の平面図である。図７は、図５に示されるケーシング内に４つの計測室を有する実施例の、VII- VII線に沿った断面図である。図８は、図７のトランスデューサーの平面図である。図９は、図８のIX-IX線に沿った断面図である。図10は、図５のユニットＢの図である。図11は、（互いに）順番に配置された計測室を示す図である。図12は、金属表面の温度を決定するための装置の概略図である。発明を実施するための最適の態様本発明を実施する方法は、方法実施のための装置の作動に関する以下の記載によって、最も良く説明される。図１は、参照液体（３）（参照媒体要素）によって満たされ弾性仕切り（４）によって外界環境から隔離された中空のケーシング（２）の端部に、互いに平行に位置する２個の圧電結晶トランスデューサー（１）から構成される。超音波振動又は極超音速振動を含む異なった周波数の正弦音波振動が参照媒体中で発生され、それらの周波数及び／又はＱ係数は特定の温度及び環境圧力で決定される。次に装置は、例えば気体で満たされた容器の中に置かれ、その気体を通じて圧力が参照媒体要素に伝達される。その装置が真空ゲージとして使用される場合には、共振周波数及び／又はＱ係数と、圧力及び／又は、例えば真空度との間の関係が決定される。音波特性と、選ばれた（シミュレートされる）参照液体の所望の状態パラメーターとの間の関係が見いだされた後に、装置は圧力センサー（又は、例えば、参照媒体要素の音波特性と温度との間の関係が見いだされる場合には、温度センサー）として使用される。検査中の媒体の中で計測を行うためには、圧力が計測される液体で満たされた高圧容器の中に装置が置かれる。検査液体の圧力変化は、参照液体の反応の変化の原因となり、それが弾性仕切りに伝達され、次に共振周波数及びＱ係数の変化となり、それらの変化が検査媒体の圧力を決定するのに使用される。図２は精密測定のために使用される装置の回路図である。その回路は、制御正弦波電圧発生器（ａ）と、温度計測のこの場合には２度蒸留水の液体柱（ｂ）（図１において参照番号（３））と、伝達トランスデューサー（ｃ）と、受信トランスデューサー（ｄ）と、位相検知器（ｉ）と、周波数偏移メーター（ｊ）と、タイマー（ｋ）と、振幅検知器（ｌ）と、スイッチ（ｍ）と、レベル保持要素（ｎ）と、作動増幅器（ｏ）とを含む。状態パラメーターは次のように決定される。周波数6.7MHzの高周波数電圧が発電器（ａ）から、装置を満たしている蒸留水柱で超音波を発生させる伝達トランスデューサー（ｃ）へ送られる。超音波は受信トランスデューサー（ｄ）によって電気振動に変換され、線形増幅器（ｈ）によって増幅され、位相検知器（ｇ）の入力に供給される。位相検知器（ｇ）の他の入力には、移相器（e,f）とを通過した発生信号が供給される。入力信号の位相差に比例した信号は、負帰還信号として、位相検知器（ｇ）から発生器（ａ）へ供給される。この様にして、装置は、位相検知器（ｇ）の入力信号のゼロ位相差に対応するモードで、自動的に作動する。タイマー（ｋ）の信号に基づいて、離散移相器（ｅ）は、１秒間で２分の１に等しい位相ステップを発生する。離散移相器（ｅ）の異なった状態に対応し、線形増幅器（ｈ）によって増幅された高周波数電圧の振幅は、振幅検知器（ｌ）によって検知され、スイッチ（ｍ）とレベル保持要素（ｎ）によって作動増幅器（ｏ）のそれぞれの入力で保持される。スイッチ（ｍ）とレベル保持要素（ｎ）とは、タイマー（ｋ）の信号によって制御される。作動増幅器（ｏ）の出力の電圧は、負帰還信号として、アナログ移相器（ｆ）の制御入力に供給される。アナログ移相器（ｆ）は、作動増幅器（ｏ）の入力電圧がゼロに等しくなるように調整される。この場合、周波数メーター（ｉ）によって計測される様な、離散移相器の２つの状態に対応する周波数の演算手段は、共振装置の振幅周波数特性の共振ピークの中央周波数fnに等しい。そこで、fnと所望の媒体状態パラメーター（圧力）との間の関係が見いだされる。装置は、例えば、検査中の気体凝縮液を含む高圧容器内に置かれ、その中で圧力が計測され又fnが計測され、そこから所望の圧力が見いだされる。以降は、同一の装置（図１及び図２）を使用して、磁場強度を決定するための方法の実施例を説明する。装置は、磁気レオロジー的液体（図１）で満たされている。高周波電圧が、超音速波を磁気レオロジー的液体中で励起する手段によって、発生器（ａ）（図２）から伝達トランスデューサー（ｃ）へ供給される。更に、自動追跡システムが上記と同様に作動し、離散移相器（ｅ）の２つの状態に対応する周波数の演算平均が周波数メーター（ｉ）で計測され、振幅周波数特性の共振ピークの中央周波数fnに等しいことが見いだされる。周波数偏移器（ｊ）によって計測される離散移相器（ｆ）の２つの状態に対応する周波数の間の差は、空洞内の超音波吸収係数（α）に比例する共振ピークδfnの幅に等しい。即ち、 αλ/π＝δfn/fn＝1/Q であり、式中λは波長、Qは空洞のQ因子、nは共振ピークの順数である。装置は磁場の中に置かれ、磁気レオロジー的液体のその強度pへの反応は超音波吸収係数αの変化で示される。吸収αと磁場強度との間に関数関係が成立した後、装置は、電流を運ぶ回の内部に置かれ（回の中央部の磁場強度は、H=J/2rであり、式中、Jは導体の電流であり、rは回の半径である）、磁場強度が計測される。同様にして、上記の装置は、空洞を満たす媒体中の超音波速度uを決定するために使用される。この速度uは次の式によってn次共振ピークの周波数に関係する。即ち、式 u=2l・fn/n であって、式中、ｌは音波通路の長さである。検査中の媒体の中で計測される状態パラメーターの値は、超音波速度と状態パラメーターとの間の関係に基づいて見いだされる。図１に示される装置の助けを借りて、他の電子回路が弾性振動を発生させるために使用可能であることは、注目に値する。以降は、図12の装置を使用して、金属表面の温度を決定するための方法を例を上げて説明する。装置は、圧電トランスデューサー（１）と、銅製の参照媒体要素（３）と、ポリエチレンを吹き付け被覆した断熱シェル（２）とから構成される。交流電圧が圧電トランスデューサー（１）にかけられて、参照媒体要素（３）中に超音波振動を発生させ、それらの特性（共振周波数及びQ要素及び／又は伝播速度及び吸収）と温度との間の関係が見いだされる。次に、参照媒体要素が金属表面に接触し、再び振動を振が要素中に発生させて、温度が振動過程特性の値から見いだされる。図１の装置は同時に、検査媒体の圧力と温度を計測（検知）するのに使用される。結果として、圧電結晶の間のケーシング中のセルが逆異性体緩和液で満たされ、超音波振動が形成された参照媒体要素内で発生され、温度値が（超音波吸収係数の値から計測された）緩和周波数の変位から見いだされ、圧力が（超音波速度値から計測された）体積弾性率の値から決定される。例えば、電磁界の起電力（e.m.f.）を計測する必要がある場合には、装置は、磁気レオロジー的（又は電気レオロジー的）液体で満たされ、その中で音波振動が発生され、共振周波数及び／又はQ係数が計測される。電磁界の影響は、磁粒の方位及び運動パターンを変え、共振周波数及びQ係数の変化の原因となって、これらの変化の大きさが電磁界の起電力（e.m.f.）を示す。磁界強度は同様の方法で決定される。次に、図３の装置を使用する方法の実施例について説明する。この場合の装置は、共通のすべて金属製のケーシング（６）内に内包されている４個の計測室（５）を有する。それらの室は同一で同じ特性を有している。空洞の圧電トランスデューサー（８）は、締め付け板（７）とボルト（10）とナット（９）とによって、ケーシング（６）の平行する端部に対して押圧されている。室構造内の可能な遊びを減らすために、ボルト（10）と接続部材（15）は締りばめによってケーシング（６）と締め付け板（７）とを通って延長している。圧電板（８）の接触電極（7,11）は、超音波が計測室（５）を満たす液体内でのみ発生される様に切り離されている。電極は全てのセルに対して共通な圧電板上で切り離されているため、トランスデューサーの共振周波数は全てのセルで同一である。又、トランスデューサーから反響する音の反射係数も同一である。電気信号は、板（12）に取り付けられた接触電極（11）を通じてトランスデューサーに加えられる。ネジ（13）は圧電板とケーシングとの間を確実に接触させるために設けられ、空洞の調節を可能にする。計測室は、計測仕切り（14）によって外界環境から隔離されている。記載の装置は、異なった濃度の溶液の特性を計測するのに使用される。次の例は、異性体状態で圧力をかけてアミノ酸溶液の断熱圧縮の濃度関連従属性の検査について説明する。測定は米国シグマ社（Sigma，US）のアミノ酸試料で行われる。全てのアミノ酸は、追加の精製を加えずに、L立体異性形式である。溶液は２度蒸留水内で調整される。溶液濃度は乾燥重量に基づいて決定される。調整は P₂O₅で乾燥させた。計測は次の順序で25°Ｃで行われる。計測室（１）は参照媒体、この例では、２度蒸留水で満たされる。しかしながら、たった１つの室が参照液体で満たされれば十分であるため、これは必須の段階ではない。また、手順は実際には４つの平行実験と等しく、計測室の変形変化勾配を排除するため、最終結果をモニターすることが可能である。充填の後、室は弾性仕切り（14）によって隔絶され、装置（図４の参照番号（ 15）で示される）は高圧室（17）（図４）内に置かれる。装置は接続部材（15）（図３）によってカバーに固定される。接触電極（11）は、カバー（18）に設けられた高圧電極入力（19）を通じて機器に接続される。室（17）は圧力伝達液（この実験ではエチルアルコール）で満たされ、密封されたプランジャ（20）の移動によって圧力が高められる。振動が室（５）（図３）の中で発生され、振動過程特性、この場合には、共振周波数、Q係数、及び超音波速度と吸収係数が、一定の温度で圧力に応じて計測される。次に装置は室から取り出され、計測室を空にして試験試料で満たされる。即ち、参照媒体（２度蒸留水）がセルの１つの中にそのまま保持され、他の３つはそれぞれ、0.2、0.4、0.6mol/litの濃度のグリセロール水溶液で満たされる。試料は、共振室に入れられる前に、セルの温度（ 25.0°Ｃ）と等しい温度に保たれる。室は弾性仕切りによって周囲から隔絶され、装置は再び高圧室（17）（図４）内に置かれる。組み立てられた装置は、25.0 °Ｃの温度にサーモスタットで調温される。ピストンの速度はコンピューターによって予め設定され、読み取りは、溶液が充填された３つの計測室と蒸留水を含んだ室とから同時に行われる。圧力は0.1M Paから100MPaに変化し、10Pa以上の精度で計測される。装置は0.05Paまでの圧力変化に感度を有する。次に、同一の装置によって、気体内及び深真空領域内で圧力の計測が行われる。同一の参照液体（２度蒸留水）を含む計測室は室（17）内に置かれ、そこから空気が真空ポンプによって0.7・10^-2Paの真空に抜かれ、それがQ係数計測による本方法によって決定される。圧力は、比較の目的で、従来の方法（SU Al 456,996）を使用して計測された。圧力計測の精度は0.8MPaであって、その感度閾値は約0.5MPaであった。これは本発明の方法の結果の３から４桁低いものである。更に、従来技術での方法は、同時に検査される試料の他の特性を計測することは出来ず、検査は真空で行われれる。仮に従来の方法によって、４個の装置を単一の高圧室の中に置いて計測を行っても、好ましい結果を得ることは出来ない。例えば、グリセロール水溶液の非線形パラメーターの増分の濃度関連従属性の検査を行う間、精度は、本発明では0.25%までであったのに対して、22%までであった。本発明による方法は高精度と高感度を達成し、振動過程を利用して、媒体の物理的特性の計測のために最適の条件を提供する。又、本発明の可能性は、深真空（10^-3Pa）から10⁹以上の高圧レベルにいたる圧力を含む広い範囲の状態パラメーター変化に渡る。本発明の実施は、種々の媒体の状態パラメーターを計測するための装置を開発することを可能とし、計測室（及び装置）のサイズを最小限にすることを可能とする。その結果、それらの金属重量が著しく減少し、それらの安全性が高圧及び超高圧での作動において改良され、単一の装置セットが幅広い検査に使用される。構造的には、装置（図５）は、壁に開口（22）を有する中空のケーシング（21 ）と、その端部に取り付けられ、ケーシング（23）と共に計測室（26）を形成する電極（24,25）を有する音波発振トランスデューサー（23）とから構成される。それぞれの音波発振トランスデューサー（23）は、ケーシング（21）と締め付け部材（27）との間の全周にしっかりと固定されている。試験流体と接触するそれぞれの音波発振トランスデューサー（23）の表面はソリッド電極（24）として設計されており、一方、トランスデューサーの反対側の表面は、計測室（26）と共軸で同一の直径を有する電極（25）である。ケーシング（28）の変更形実施例として、４個の計測室（29）が含まれ、そのための共通の音波発振トランスデューサー（31）（図８及び図９）に電極（30）が設けられる。更に、計測室（29）はケーシング（28）の長手方向の軸（32）の周囲に対称的に位置する。計測室は弾性仕切り（33）（図５）によって外界環境から隔離される。同時に、計測室（34）の１つは参照流体によって満たされる。それぞれの締め付け部材（27）は、周縁（図６）の周囲に対称的に間隔を置いた調節ネジ（35）を支持する。シールリング（36）と締め付けリング（37）は、それぞれの音波発振トランスデューサー（23）の全周に沿って設けられる（図10）。計測室（６）はそれぞれ直線上に配置される（図11）。装置はオートクレーブ内に置かれることが可能である。装置は次のように作動する。音波発振トランスデューサーの電極（38）は計測ユニット（図示せず）に接続され、計測室（26）は検査流体で満たされ、必要に応じて、弾性仕切り（33）によって外界環境から隔絶され、媒体の音波特性が計測される。振幅周波数特性信号は変形を示し、音波発振トランスデューサー（23）は調節ネジ（35）の助けを借りて調節される。検査が高圧下で行われる場合には、装置はオートクレーブ内に置かれる。装置の実施例音波発振トランスデューサーは単一のニオブ酸リチウム結晶の板によって代表される。電極は、真空中で金吹き付けによる反対側表面を備える。ケーシングと締め付け部材はチタンから作られる。図５に示されているように、電極は、全端部表面に渡って試験流体に面する側と、ケーシングの開口の直径と共に延長する反対側とに、金の圧電板上に設けられている。塩水溶液（NaCl）の濃度関連従属性を検査する場合の試験では、計測室の１つが参照液体（蒸留水）で満たされ、残りの３つの部屋は試験媒体、即ち種々の濃度の塩水溶液で満たされる。試料がそそぎ込まれる前に、室は注意深く蒸留水で洗浄され乾燥される。計測室が満たされた後、図11に示されている様に、それらはゴムのシールリングによって外界環境から隔絶される。それぞれの締め付け部材においては、調節ネジ（35）がケーシング（６）の長手方向の軸の周囲に対称的に設けられる。装置はオートクレーブ及び／又はサーモスタットの中に置かれる。6MHzから8M Hzの範囲内の周波数で、電気信号が、装置を通じてトランスデューサーに加えられ、計測が開始される。高圧計測の場合には、室は、図11に示される様に、互いに直線的に配置されることが好ましい。この場合には、全操作は上記のものと同一である。1,000MHzの圧力下で信頼性のある作動を行うためには、高圧室の外部直径と内部直径との比は、約4:1（又は3:1）に等しくなければならない。計測室とそれらの音及び圧力条件の同一は、急激に低くなる差動計測の間、サーモスタット調温を必要とする。25°Ｃの水溶液での速度計測で10^-4%の相対精度を達成するためには、共振室は、6・10^-4°Ｃの熱安定を持つことが要求される。これは差動計測方法を使用することによって、大変簡単になる。計測室の同一の温度と圧力条件及びそれらの同一性が与えられれば、試験媒体を含む１つの空洞と、近似の温度速度係数を有する参照溶液を含む他の一方の空洞との２つの空洞の最も近い周波数調和波との間で周波数差を計測する必要があるだけである。このことは、絶対熱安定の要求である0.05°Ｃに低めるために役立ち、それは従来の研究室のサーモスタットで容易に維持することが出来る。装置は、広い範囲の圧力と温度で、広い機能的可能性と高い精度を有する。本発明の装置は、0.1MPaから1,000MPaの圧力範囲で、音速計測で±5・10^-6の相対誤差と4・10^-3の吸収係数を達成する。装置の試験的見本が作られており、液体（水及び塩水溶液、プロテイン及びアミノ酸、凝縮ガス、燃料等）の音波特性の実際の計測に現在使用されている。産業上の利用本発明は、石油及びガス、石油化学及び化学産業、医薬、生物及び他の多くの分野で使用される、水及び塩の水溶液、プロテイン及びアミノ酸、凝縮ガス、燃料及び他の液体の音波特性を計測するために適当である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＳＥ)，ＣＳ，ＪＰ，ＭＮ，ＵＳ (72)発明者ベロネンコ，ヴラディミールニコラエヴィッチロシア連邦 142717 モスコフスカヤオブラストレニンスキーライオンポセロックラズヴィルカデー 10 カーヴェー６ (72)発明者シャリキアン，ティグランヴァニコヴィッチアルメニア共和国 375037 エレヴァンプロスペクトアザツニアンデー１カーヴェー 28 【要約の続き】発振トランスデューサー（23）は、ケーシング（21）と締め付け部材（27）との間のその周縁に沿ってしっかりと固定される。調査される流体に接触するそれぞれの音波発振トランスデューサー（23）の表面はソリッド電極（24）から成り、トランスデューサー（23）のその反対側の表面は、計測室（26）と共軸でそれと同一の直径を有する電極である。ケーシングは１以上の計測室を含む。

Claims

【特許請求の範囲】１．媒体内で振動を発生させ、振動過程特性を計測し、それらに基づいて所望のパラメーターの値を決定する段階から成る媒体の物理的状態パラメーターを決定するための方法において、振動を参照媒体要素内で発生させ、振動過程特性の少なくとも１つと決定されるパラメーターとの間の関係を見い出し、参照媒体要素を調査される媒体と接触させ、振動を再び要素内で発生させ、調査される媒体の所望の状態パラメーターの値を参照媒体要素の振動過程特性の変化から成立させることを特徴とする前記方法。２．変調された振動を発生させる請求項１記載の方法。３．共振周波数及び／又はQ係数が、計測される振動過程特性として用いられる請求項１記載の方法。４．振動の伝播速度及び／又は吸収係数が、計測される振動過程特性として用いられる請求項１記載の方法。５．参照媒体の緩和周波数を見い出し、調査される媒体の状態パラメーターを緩和周波数の偏移から決定する請求項１記載の方法。６．超音波を参照媒体要素の中で発生させる請求項１及び２記載の方法。７．極超音波振動を参照媒体要素内で発生させる請求項１及び２記載の方法。８．参照媒体が、調査される媒体のパラメーターに対応する液体媒体である請求項１記載の方法。９．参照媒体が、磁気レオロジー的媒体である請求項１記載の方法。 10．参照媒体が、電気レオロジー的媒体である請求項１記載の方法。 11．参照媒体が、温度に関して発振の伝播速度の線形従属性を有するように選択及び／又はシミュレートされる請求項１記載の方法。 12．参照媒体が、圧力に関して弾性率の線形従属性を有するように選択及び／又はシミュレートされる請求項１記載の方法。 13．壁に開口（22）を有するケーシング（21）と、そこに受容される計測室（26 ）と、締め付け部材によってケーシングの端部に取り付けたられ電極（24,25）とを有する音波発振トランスデューサー（23）とから成る請求項１記載の方法を実施するための装置において、トランスデューサー（23）がケーシングの端部に、その周縁に沿ってしっかりと固定され、ケーシング内部に面するトランスデューサー（23）の電極（24）の少なくとも２つがケーシング（21）の周縁に沿って固定され、残りのものは計測室と共軸にトランスデューサー上の設けられ、それと同一の直径を有することを特徴とする前記装置。 14．更に、ケーシング内にその長手方向の軸にそって配置されたn個の計測室を備え、ケーシングが室の内部と連絡するn個の開口を備える請求項13記載の装置。 15．計測室がケーシングの長手方向の軸の周囲に対称的に位置する請求項13及び 14記載の装置。 16．通路の数に従って、ケーシングの壁（33）の開口に弾性仕切りを備える請求項13から15記載の装置。 17．それぞれの締め付け部材が、ケーシング（21）の長手方向の軸の周囲に対称的に配置される調節ネジを備える請求項13から15記載の装置。 18．それぞれのトランスデューサーの周縁に沿って、その数に従って、シールリング（36）と締め付けリング（37）を備える請求項13から15及び請求項17記載の装置。