ГОСТ Р МЭК 61161-2009 Государственная система обеспечения единства измерений (ГСИ). Мощность ультразвука в жидкостях. Общие требования к методикам измерений в диапазоне частот от 0,5 до 25 МГц

     5 Требования к системам уравновешивания радиационной силы

5.1 Общие положения

Система уравновешивания радиационной силы должна состоять из мишени, связанной с весами. Ультразвуковой пучок должен быть направлен вертикально сверху или снизу или горизонтально на мишень, и его воздействующую на мишень радиационную силу следует измерять с помощью весов. Ультразвуковую мощность следует определять по разнице между значениями силы, с которой мишень воздействует на весы, при приложении к ней ультразвукового излучения и при его отсутствии, в соответствии с выражениями, приведенными в приложении В. Калибровку системы можно выполнять посредством прецизионных грузиков известной массы.

Примечание - Возможные типы конструкции системы уравновешивания представлены на рисунках F.1-F.7 приложения F. Каждая конструкция имеет свои особенности, рассмотренные в приложении F.

5.2 Типы мишеней
     

    5.2.1 Общие положения

Акустические свойства мишени должны быть хорошо известны, особенно те из них, которые имеют непосредственное отношение к зависимости измеряемой ультразвуковой мощности от радиационной силы (см. также приложение А, пункт А.5.2).

Если мишень выбрана таким образом, что она достаточно хорошо соответствует одному из двух крайних условий, т.е. является полностью поглощающей или полностью отражающей, то для расчетов следует воспользоваться соответствующими формулами, приведенными в приложении В, в зависимости от структуры ультразвукового поля и при соблюдении следующих требований.

5.2.2 Поглощающая мишень

Поглощающая мишень (см. рисунок 1 и приложение F, рисунки F.1a, F.3, F.4, F.5a и F.7) должна иметь:

- амплитудный коэффициент отражения меньше 3,5%;

- коэффициент поглощения акустической энергии не менее 99% (см. также приложение А, подпункт А.5.2.2).

5.2.3 Для отражающей мишени

Отражающая мишень (см. приложение F, рисунки F.1b, F.2, F.5b и F.6) должна иметь амплитудный коэффициент отражения, превышающий 99%.

Для измерений мощности преобразователей, для которых <30, рекомендуется использовать коническую отражающую мишень. Для измерений мощности преобразователей, для которых <17,4 и ультразвуковой пучок будет существенно расходящимся, использование выпуклой конической мишени с полууглом конуса 45° не допускается (см. также приложение А, пункт А.5.3).

Примечание - Значение в строгом смысле зависит от различных условий. Для реальных преобразователей является эффективным радиусом, определяемым по структуре создаваемого ими поля. Однако при расчете используется модель круглого поршневого преобразователя, где является геометрическим радиусом поршня.

Выпуклую коническую мишень с полууглом конуса 45° не рекомендуется также применять и при измерении мощности фокусирующих преобразователей, для которых . Если геометрическое фокусное расстояние неизвестно, то выпуклую коническую мишень с полууглом конуса 45° не рекомендуется применять в тех случаях, когда расстояние от преобразователя до точки с максимальным значением давления составляет .

Примечание - Эти условия фактически ограничивают применение выпуклых конических мишеней измерениями мощности нефокусирующих или слабо фокусирующих преобразователей, что и отражено в разделе "Область применения" настоящего стандарта. Если все же такие мишени используют для измерения мощности сильно фокусирующих преобразователей и применяют при этом выражение (В.5) приложения В, то необходимо принимать в расчет дополнительные погрешности, не указанные в разделе 7 настоящего стандарта.

См. также А.5.2.3 приложения А и раздел В.6 приложения В.

5.3 Диаметр мишени

Диаметр мишени должен быть достаточно большим, чтобы перекрыть всю значимую часть поля, и должен быть, по крайней мере, в 1,5 раза больше соответствующего размера (например, диаметра) ультразвукового преобразователя.

Рекомендация, должна или не должна мишень иметь диаметр в 1,5 раза больше, чем диаметр преобразователя, обусловлена диаметром пучка поля в месте расположения мишени. Размеры пучка должны быть известны из измерений или оценены теоретически, как это показано на примере в приложении А, А.5.3.

5.4 Весы/система измерения силы

Система уравновешивания радиационной силы может быть гравитационного типа, и это предполагает вертикальную ориентацию пучка. В качестве альтернативы можно применять конструкцию с обратной силовой связью, позволяющую использовать горизонтальную ориентацию пучка. Если устройство для измерения уравновешивающей силы градуируется посредством единиц массы, то его изготовителем или пользователем должно быть предусмотрено правильное преобразование показания весов в значение силы.

Примечание - Вертикальная ориентация пучка обеспечивает метрологическую прослеживаемость результатов измерений до национальных эталонов массы (через калиброванные гирьки). В установках с горизонтальной ориентацией пучка применяют как отражающие [5], [6], так и поглощающие мишени [7]. Их калибровку можно проводить соответствующим подсоединением к коромыслу весов или посредством источника излучения с известной акустической мощностью.

Используемые весы должны иметь достаточную разрешающую способность для измерения мощности ультразвука (см. приложение А, А.5.4).

5.5 Сосуд измерительного устройства

При применении отражающей мишени стенки сосуда должны иметь такое поглощающее покрытие, чтобы дополнительный вклад отражений от них не превышал 1% суммарной измеряемой мощности (см. приложение А, А.5.5).

5.6 Система подвески мишени

При статическом уравновешивании элементы подвески мишени, передающие радиационную силу через поверхность раздела воды и воздуха, должны быть спроектированы так, чтобы свести эффекты поверхностного натяжения к значению, меньшему 1% суммарной измеряемой мощности.