Способ оценки распределения плотности энергии в ультразвуковом поле

Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в ультразвуковых ваннах и других технологических объемах с водой, повергаемой действию ультразвука. Реализация изобретения осуществляется введением в жидкость индикаторной бумаги, содержащей крахмал, йодистый калий и гидроперит. Распределение плотности энергии в ультразвуковом поле оценивают по распределению плотности характерной окраски индикаторной бумаги.

 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и предназначено для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в ультразвуковых ваннах и других технологических объемах с водой, водными растворами и другими жидкостями, повергаемыми действию ультразвука.

Известен способ визуализации распределения плотности ультразвуковой энергии в водном растворе красителя по окрашиванию опущенной в раствор бумаги [1], а также способ определения формы ультразвукового поля с использованием ткани клубня картофеля по окрашиванию, обусловленному взаимодействием фонофоретически введенному в ткань клубня ионов йода с крахмалом, в присутствии перекиси водорода [2].

Известны также бумаги реактивные (индикаторные бумаги), впитывающие бумаги с закрепленными на них реагентами, изменяющими цвет при взаимодействии с определяемыми веществами [3].

Наиболее близким способом того же назначения к заявляемому изобретению по совокупности существенных признаков является способ визуализации ультразвукового поля с использованием ткани клубня картофеля [2].

Настоящее изобретение направлено на реализацию возможности контролировать распределение плотности ультразвуковой энергии в ультразвуковых ваннах или других объемах в технологической ультразвуковой аппаратуре, предназначенной, например, для очистки деталей и/или проведения других технологических процессов с применением ультразвука. Изобретение может быть осуществлено с использованием обычной воды, что упрощает и удешевляет процесс оценки распределения плотности энергии в технологических объемах ультразвуковых установок, делает этот процесс экологически безопасным и безвредным для обслуживающего персонала.

Указанный результат достигается за счет применения многослойной конструкции из бумаги или другого впитывающего воду материала, которая может быть покрыта с одной стороны водонепроницаемой пленкой. Разные слои содержат вещества, дающие при смешивании и реакции в жидкой среде характерное окрашивание. Например, для оценки распределения плотности ультразвуковой энергии в воде, может быть использована конструкция, в которой один из слоев впитывающего воду материала пропитан крахмалом и высушен, второй - пропитан раствором йодистого калия и также высушен, третий содержит гидроперит, выделяющий при взаимодействии с водой перекись водорода.

При пропитке индикаторной бумаги водой, обеспечивающей взаимодействие ионов йода с крахмалом в присутствии перекиси водорода, возникает характерное сине-фиолетовое окрашивание, а поскольку скорость пропитки зависит от плотности энергии ультразвука, то в неоднородном ультразвуковом поле скорость пропитки в разных местах индикаторной бумаги, а, следовательно, и степень ее окрашивания будет различной.

Состав и соотношение веществ, дающих цветную реакцию, легко подбираются по химическим справочникам и оптимизируются в зависимости от природы жидкости, используемой в ультразвуковых технологических процессах в каждом конкретном случае.

Таким образом, совокупность отличительных признаков описываемого способа обеспечивает достижение указанного результата.

В результате проведенного анализа уровня техники качественной оценки распределения плотности энергии в жидкости, подвергаемой ультразвуковому воздействию, источник, характеризующийся признаками, тождественными всем существенным признакам заявленного изобретения, не обнаружен, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "новизна".

Дополнительный поиск известных решений показал, что заявленное изобретение не вытекает для специалиста явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата

Способ осуществляется следующим образом.

1. Готовят индикаторную бумагу, например, следующим образом:

- пропитывают первый лист бумаги раствором крахмала с концентрацией 0.1-10% и высушивают,

- пропитывают второй лист бумаги раствором йодистого калия с концентрацией 0.1-1 М/л и высушивают,

- пропитывают третий лист бумаги раствором гидроперита и высушивают,

- складывают все три листа,

- покрывают одну из сторон конструкции водонепроницаемой пленкой или

- пропитывают первый лист бумаги раствором крахмала с концентрацией 0.1-10% и высушивают,

- пропитывают второй лист бумаги раствором йодистого калия с концентрацией 0.1-1 М/л и добавлением нескольких капель раствора перекиси водорода и высушивают,

- складывают оба листа,

или

- наносят на поверхность листа бумаги раствор крахмала с концентрацией 0.1-10% и высушивают,

- наносят на противоположную поверхность бумаги раствор йодистого калия с концентрацией 0.1-1 М/л и добавлением нескольких капель раствора перекиси водорода и высушивают,

или

- наносят на поверхность листа бумаги раствор крахмала с концентрацией 0.1-10% и высушивают,

- наносят поверх высушенного раствора крахмала раствор гидроперита и высушивают,

- наносят на противоположную поверхность бумаги раствор йодистого калия с концентрацией 0.1-1 М/л и высушивают,

2. Опускают индикаторную бумагу в ультразвуковую ванну или другую технологическую емкость, заполненную водой, так, чтобы поверхность не защищенная водонепроницаемой пленкой была направлена в сторону источника(ов) ультразвука, выдерживают 0.1-10 с (в зависимости от материала бумаги, средней плотности энергии в ультразвуковом поле, температуры), извлекают индикаторную бумагу из ванны и визуально оценивают распределение плотности энергии по распределению плотности окрашивания индикаторной бумаги.

Пример 1. Индикаторную бумагу, изготовленную вышеописанным способом, помещают на 3 с в ультразвуковую ванну со средней плотностью энергии в объеме 0.2 Вт/см³ и с симметрично расположенным излучателем, извлекают из ванны и визуально оценивают распределение энергии по распределению окрашивания.

Пример 2. Индикаторную бумагу, изготовленную вышеописанным способом, помещают на 2 с в ультразвуковую ванну со средней плотностью энергии в объеме 0.3 Вт/см³ и с асимметрично расположенным излучателем, извлекают из ванны и визуально оценивают распределение энергии по распределению окрашивания.

Пример 3. Индикаторную бумагу, изготовленную вышеописанным способом, помещают на 2 с в ультразвуковую ванну со средней плотностью энергии в объеме 0.3 Вт/см³ с двумя излучателями, извлекают из ванны и визуально оценивают распределение энергии по распределению окрашивания.

Пример 4. Индикаторную бумагу, изготовленную вышеописанным способом, укладывают в полиэтиленовый пакет вместе с увлажненным листом бумаги, пакет герметизируют и помещают в ультразвуковую ванну с неводными растворами на 5с, извлекают из ванны и визуально оценивают распределение энергии по распределению окрашивания.

Приведенные примеры иллюстрируют, что распределение окраски на индикаторной бумаге отражает распределение плотности энергии в ультразвуковом поле в воде. При этом наиболее выраженный эффект соответствует высокой плотности энергии в ультразвуковом поле.

Таким образом, изложенные выше сведения свидетельствуют о том, что заявленное изобретение предназначенное для качественной оценки распределения плотностей ультразвуковой энергии в ультразвуковых ваннах и других технологических объемах с водой, водными растворами и другими жидкостями, подвергаемыми действию ультразвука, обладает заявленными выше свойствами. Для заявленного способа в том виде, как он охарактеризован в изложенной формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Литература

1. Акопян В.Б., Ершов Ю.А. Основы взаимодействия ультразвука с биологическими объектами. - М. Издательство МГТУ им. Баумана, 2005, 224 с.

2. Акопян В.Б., Дубовой А.С. Способ определения формы ультразвукового поля при биологических исследованиях. - АС 918840, Бюллетень №13, 07.04.82.

3. Химическая энциклопедия. Реактивные индикаторные бумаги., М. Научное издательство «Большая Российская энциклопедия, 1995, т.4. с.398-399.

Способ оценки распределения плотности энергии в воде в ультразвуковом поле, включающий приготовление специальной индикаторной бумаги, воздействие на нее ультразвуком в жидкой среде, отличающийся тем, что, с целью упрощения и ускорения способа, в качестве индикаторной бумаги берут трехслойную бумажную конструкцию, причем один из слоев пропитан крахмалом с концентрацией 0,1-10%, второй - йодистым калием с концентрацией 0,1-1 М/л, а третий - гидроперитом с концентрацией 0,1-3% и распределение плотности энергии в ультразвуковом поле оценивают по распределению плотности характерной окраски индикаторной бумаги.