Утвержден и введен в действие
Приказом Федерального агентства
по техническому регулированию
и метрологии
от 27 октября 2015 г. N 1636-ст
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГОСУДАРСТВЕННАЯ СИСТЕМА ОБЕСПЕЧЕНИЯ ЕДИНСТВА ИЗМЕРЕНИЙ
УЛЬТРАЗВУК
МЕТОДЫ ПОДГОТОВКИ ВОДЫ ДЛЯ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ИЗМЕРЕНИЙ
State system for ensuring the uniformity of measurements.
Ultrasonics. Methods of conditioning of water
for ultrasonic measurements
(IEC/TR 62781:2012, Ultrasonics - Conditioning of water
for ultrasonic measurements, IDT)
ГОСТ Р 8.897-2015/IEC/TR 62781:2012
ОКС 17.140.50
Дата введения
1 июля 2016 года
Предисловие
1 ПОДГОТОВЛЕН Всероссийским научно-исследовательским институтом физико-технических и радиотехнических измерений (ФГУП "ВНИИФТРИ") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии международного документа, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 206, ПК 206.14 "Эталоны и поверочные схемы в области измерений акустических, гидроакустических и гидрофизических величин"
3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 октября 2015 г. N 1636-ст.
4 Настоящий стандарт идентичен международному документу IEC/TR 62781:2012 "Ультразвук. Подготовка воды для ультразвуковых измерений" ("Ultrasonics - Conditioning of water for ultrasonic measurements", IDT).
Технический отчет подготовлен Техническим комитетом МЭК 87 "Ультразвук".
Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного документа для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).
При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты Российской Федерации, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Правила применения настоящего стандарта установлены в ГОСТ Р 1.0-2012 (раздел 8). Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
Введение
Многие ультразвуковые измерения проводят в воде, которая является недорогой и легкодоступной средой с удельным акустическим импедансом, близким к импедансу биологической ткани. Однако обычная водопроводная вода не подходит для ультразвуковых измерений, так как содержит много растворенных, абсорбированных и взвешенных примесей. Их присутствие может повлиять на результаты измерений в связи с тем, что:
- растворенные газы легко выделяются из воды под воздействием высокого акустического давления разрежения или нагревания, увеличивающих газообразование. Эти пузырьки не только являются нежелательными точечными отражателями, но и увеличивают вероятность возникновения кавитации;
- растворенные ионы приводят к увеличению проводимости воды, которая в свою очередь может влиять на выходной сигнал неэкранированного гидрофона. Кроме того, если оборудование будет долго находиться в ионизированном растворе, то его поверхность будет постепенно покрываться слоем отложений (например, солями кальция);
- биологическая активность внутри бака с неподготовленной водой способствует возникновению нежелательной пленки на всех поверхностях. Достаточно длительное существование биологической активности приводит к нежелательному ухудшению условий окружающей среды для оператора и может нанести вред его здоровью.
Чтобы минимизировать эти эффекты, необходимо провести специальную подготовку воды.
Эти проблемы хорошо известны и отражены во многих стандартах МЭК, обычно в виде справочных приложений. Цель настоящего стандарта - информирование оператора об унифицированных способах подготовки воды для ультразвуковых измерений. В настоящем стандарте рассмотрены все этапы водоподготовки, даны примеры наиболее подходящих для этого методов.
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на методы:
- дегазации воды, используемой при ультразвуковых измерениях в качестве среды распространения;
- снижения содержания ионов в воде, используемой при ультразвуковых измерениях в качестве среды распространения;
- снижения содержания биологических примесей в воде, используемой при ультразвуковых измерениях в качестве среды распространения;
- снижения содержания примесей, взвешенных в воде, используемой при ультразвуковых измерениях в качестве среды распространения.
Настоящий стандарт применим для всех измерений параметров ультразвуковых полей, в которых средой распространения ультразвука является вода. Качество и методы подготовки воды, используемой в системах уравновешивания радиационной силы, могут отличаться от соответствующих требований к воде, используемой при измерениях параметров ультразвуковых полей с помощью гидрофонов. Для этих целей могут также применяться химические методы подготовки воды (например, с использованием альгицидов). Однако в настоящем стандарте рассматриваются только те химические средства, которые подходят для измерений акустического давления и интенсивности ультразвука.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие международные стандарты. В случае датированных ссылок следует применять только указанные стандарты, для недатированных ссылок - последнее издание ссылочного стандарта (включая любые изменения).
IEC 62127-1(2007), Ultrasonics - Hydrophones - Part 1: Measurement and characterization of medical ultrasonic fields up to 40 MHz measurements (Ультразвук. Гидрофоны. Часть 1. Методы измерения и описания медицинских ультразвуковых полей в частотном диапазоне до 40 МГц).
3 Растворенные газы
3.1 Общие положения
Водопроводная вода обычно насыщена растворенными газами. Пузырьки могут быть главной проблемой при измерениях, поскольку они являются почти совершенными отражателями ультразвука и могут исказить измеряемое ультразвуковое поле. К тому же, если пузырек образуется прямо перед активным элементом гидрофона, то он будет препятствовать распространению ультразвука от измеряемого источника к гидрофону. И наконец, измеряемые акустические давления, превышающие 100 кПа, тоже могут вызвать кавитацию, т.е. могут создавать пузырьки из растворенного в воде газа, что, несомненно, повлияет на результаты измерений. Захваченные частичками примеси газовые пузырьки также являются источниками кавитации; методы их удаления из воды рассмотрены в разделе 6.
Кавитация связана с ростом, интенсивностью колебаний и разрушением ("схлопыванием") предварительно существовавших в среде микропузырьков, заполненных газом или паром. Это будет вызывать ложные акустические сигналы на частотах как ниже, так и выше частоты возбуждения источника - для стабильной или инерционной (кратковременной) кавитации соответственно. Чтобы избежать наступления инерционной кавитации, при которой "схлопывание" пузырьков является деструктивным эффектом, следует предпринять определенные меры. Если такие "схлопывания" происходят на поверхности гидрофона, то это может нанести ему повреждение. Следует отметить, что макроскопические пузырьки видны невооруженным глазом. Однако микроскопические пузырьки могут быть невидимыми и могут создавать много проблем. В этом и заключается необходимость рассмотрения методов получения подходящей для измерений среды, в которой эффекты кавитации были бы минимизированы.
В [1], [2] приведен метод определения начала возникновения кавитации. В частности, возникновение инерционной кавитации обычно сопровождается появлением субгармоник основной частоты или дополнительным широкополосным шумом. Примеры акустических спектров, полученных с помощью зондовых и мембранных гидрофонов представлены в [3], [4].
3.2 Химические методы
3.2.1 Общие положения
Хотя химические методы удаления растворенных газов могут быть очень эффективны с точки зрения как уровня первоначальной дегазации, так и скорости последующего газонасыщения, они имеют и много недостатков. Во-первых, применяемый химический реактив удаляет один определенный газ (например, только кислород). Во-вторых, они повышают содержание ионов в воде, что находится в противоречии к стремлению снизить их содержание (см. раздел 4). В-третьих, многие химические методы дегазации требуют применения сильно раскисляющих компонентов, которые могут нанести вред пользователю и вывести из строя измерительную установку. И наконец, при использовании и хранении химически подготовленной воды необходима осторожность, чтобы не причинить вред окружающей среде.
3.2.2 Добавление сульфита натрия
Сульфит натрия (Na2SO3) может быть добавлен в воду для поглощения растворенного в ней кислорода. Содержание растворенного кислорода в воде в состоянии ее насыщения при температуре 20 °C будет составлять около 9 мг/л. Для его связывания необходимо добавить сульфит натрия в количестве 0,5 г/л. В результате сульфит натрия превратится в сульфат натрия (Na2SO4).
Для примера берут воду, в которую добавляют Na2SO3 для получения 4%-ного (по весу) раствора. Содержание O2 в такой воде остается < 4 мг/л на протяжении длительного времени (см. рисунок 1). Скорость насыщения такого раствора воздухом существенно зависит от размеров бака с водой. В емкостях с большими размерами время насыщения дегазированной воды кислородом превышает 150 ч.
Скорость звука в жидкости CL вычисляют по формуле
, (1)
где K - модуль всестороннего сжатия жидкости;
- плотность.
Изменение плотности раствора после добавления Na2SO3 указанной выше концентрации менее 1%, а изменение модуля всестороннего сжатия еще меньше. Поэтому изменение скорости звука пренебрежимо мало. Удельная электрическая проводимость раствора с концентрацией 4 г/л Na2SO3 составляет 5,1 мС/см.
Измерения, результаты которых представлены на рисунке 1, начинались сразу после заполнения емкости при температуре (22 +/- 1) °C.
¦ - 2 г/л; 34 см2; 200 мл; - 4 г/л; 34 см2; 200 мл;
- 6 г/л; 34 см2; 200 мл; - 6 г/л; 83 см2; 200 мл;
- 4 г/л; 120 см2; 870 мл
Рисунок 1 - Зависимость от времени концентрации
растворенного кислорода при содержании сульфита натрия
2, 4 и 6 г/л в деминерализованной воде для емкостей
Для просмотра документа целиком скачайте его >>>
