Устройство для измерения температуры газовых сред

 

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВЫХ СРЕД, содержащее генератор импульсов, первым выходом подключенной к излучателю, приемник акустических колебаний, подключенный к входу первого приемника, первый триггер, первый вход которого соединен с вь1ходом блока задержки, а выход подключен к входу первого интегратора , последовательно соединенные второй интегратор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, выход которой подключен к управляющим входам интеграторов, частотомеру и первому и управляющему входу генератора импульсов, первый селектор, отличающе е,ся тем, что, с целью повьшения точности измерений. в него введены вторые приемник и селектор , второй и третий триггеры, блок вычисления, преобразователь напряжения в импульсный сигнал, третий и четвертый интеграторы, входы которых соединены с выходами второго и третьего триггеров соответственно, управляющие входы подключены к выходу схемы сравнения, а выходы - к первому и второму входам блока вычисления , третий вход которого соединён с выходом первого интегратора, а выход через преобразователь напряжений в импульсный сигнал подключен к входу второго интегратора и второму входу схемы сравнения,, при этом первый выход генератора импульсов подключен (Л К входу блока задержки, первому входу второго триггера и через вторые приемник и селектор - к вторым вхо§ дам первого и второго триггеров, а выход первого приемника соединен с вторым управляющим входом генератора импульсов и через первый селектор подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора им05 пульсов и входом первого приемника. со

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

З:1511 С 01 К 11/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3578697/18-10 (22) 11.04.83 (46) 07.07. 84. Вюл. 9 25 (72) А.В.Клюбин (53) 536.53(088.8) .(56) 1..Патент США У 3534609, кл. 73-339, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

У 711383, кл. С 01 К 11/24, 1977 (прототип). (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗИЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВЫХ СРЕД, содержащее генератор импульсов, первым выходом подключенный к излучателю, приемник акустических колебаний, подключенный к входу первого приемника, первый триггер, первый вход которого соединен с выходом блока задержки, а выход подключен к входу первого интегратора, последовательно соединенные второй интегратор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, выход которой подключен к управляющим входам интеграторов, частотомеру и первому и управляющему входу генератора импульсов, первый селектор, о т л и ч а ю щ е е,с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, „SU„„1101691 А в него введены вторые приемник и селектор, второй и ".ðåòèé триггеры, блок вычисления, преобразователь напряжения в импульсный сигнал, третий и четвертый интеграторы, входы которых соединены с выходами второго и третьего триггеров соответственно, управляющие входы подключены к выходу схемы сравнения, а выходы — к первому и второму входам блока вычисления, третий вход которого соединен с выходом первого интегратора, а выход через преобразователь напряжений в импульсный сигнал подключен к вхо.— ду второго интегратора и второму входу схемы сравнения,. нри этом первый выход генератора импульсов подключен к входу блока задержки, первому входу второго триггера и через вторые приемник и селектор — к вторым входам первого и второго триггеров, а Я выход первого приемника соединен с вторым управляющим входом генератора импульсов и через первый селектор подключен к первому входу третьего юр триггера, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов и входом первого приемника.

1 1101

Изобретение отнбсится к температурным измерениям и предназначено для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков.

Известно устройство для измерения

5 температуры газовых сред, содержащее генератор импульсов, подключенный к неподвижному волноводному излучателю, акустически связанному с приемником акустических колебаний. Температура газовой среды в этом устройстве вычисляется при помощи вычислительного устройства по времени прохождения ультразвуковой волны 13.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для измерения температуры газовых сред, содержащее генератор импульсов, первым выходом подключенный к волноводному излучателю, волноводный приемник акустических колебаний, подключенный к входу первого приемника, первый триггер, первый вход которого соединен с выходом блока задержки а выход подключен к входу перво- 25 го интегратора, последовательно соединенные второй интегратор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, выход которой подключен к управляющим входам интеграторов, 30 частотомеру и первому управляющему входу генератора импульсов, первый селектор.

В этом устройстве для распространения ультразвукового импульса через исследуемую среду определяется как разность

= С вЂ” 2 i п о 6 (11 где - суммарное время прохождения о ультразвукового импульса

:через звукопроводы и иссле- 4 дуемую среду; — время распространения импульса через излучающий волновод, а температура газовой среды определя-45 ется по частоте следования импульсов генератора, измеряемой частотоме" ром 23.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что компенсация времени распространения импульсов через излучающий и приемный волноводы происходит в излучающем волноводе в предположении,что оба волновода SS одинаковы. Однако практически невозможно изготовить волноводы одинаковыми и учесть их температурную неод

691 2 нородность при нагреве, что приводит к дополнительным погрешностям.

Целью изобретения является повыщение.точности измерений..

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры газовых сред, содержащее генаратор импульсов, первым вьиодом . подключенный к волноводному излучателю, волнбводный приемник акустических колебаний, подключенный к входу первого приемника, первый триггер, первый вход которого соединен с. выходом блока задержки, а выход подклю- чен к входу первого интегратора, последовательно соединенные второй интегратор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, выход которой подключен к управляющим вхо- дам интеграторов, частотомеру и первому управляющему входу генератора импульсов, первый селектор, введены вторые приемник и селектор, второй и третий триггеры, блок вычисления, преобразователь напряжения в импульсный сигнал,. третий и четвертый интеграторы, вход которых соединен с выходами второго и третьего триггеров соответственно, управляющие входы подключены к .выходу схемы сравнения, а выходы — к первому и второму входам блоI ка вычисления, третий вход которого соединен с выходом первого интегратора, а выход через преобразователь напряжения в импульсный сигнал подключен к входу второго интегратора и второму входу схемы сравнения, при этом первый выход генератора импульсов подключен к входу блока задержки, первому входу второго триггера и через вторые приемник и селектор --к вторым входам первого и второго триггеров, а выход первого приемника соединен с вторым управляющим входом генератора, импульсов и через первый селектор подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов и входом первого приемника.

На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит генератор импульсов, излучатель 2 акустических колебаний с волноводом 3 приемник акустических колебаний, включающий в себя волновод 4, преобразователь

5 акустических колебаний в электрический сигнал, первый приемник 6, 3 . 110169 первый триггер 7, блок 8 задержки, первый интегратор 9, второй интегратор 10, генератор 11 пилообразного напряжения, схему 12 сравнения, частотомер 13, первый селектор 1 4, второй приемник 15, второй селектор 16, второй триггер .17; третий триггер

18, блок,19 вычисления, преобразова" тель. 20 напряжения в импульсный сигнал, третий интегратор 21 и четвертый интегратор 22.

Устройство работает следующим об-; разом.

В начальный момент времени генератор 1 импульсов создает импульс напряжения, который возбуждает излучатель 2 и одновременно поступает на первый вход триггера 17 и через приемник 15 запускает .селектор 16. Кроме того, через. блок 8 задержки этот импульс поступает на первый вход триггера 7. Во время действия электрического импульса излучатель 2 возбуждает в:волноводе 3 импульс, который торцом этого волновода излучается 8 исследуемую среду. Некоторая часть энергии излучаемых ультразвуковых . колебаний отражается от границы волновод-исследуемая среда иэ-за различия акустйческих импедансов волновода и среды. Акустический импульс из= лучателем: 2, в качестве которого используется обратный преобразователь, преобразуется в электрический сигнал, селектируется селектором 16 и поступает на второй вход триггера 17. Та- " ким образом, на выходе триггера 17 формируется прямоугольный импульс с амплитудой 0 и длительностью 2 .„ (где ь — время прохождения импульса

1 40 по первому волноводу 3). Этот импульс подается на третий интегратор 21, на выходе которого образуется импульс, амплитуда которого равна

27„! 4 сов. Со второго выхода генератора 1 импульсов электрический импульс поступает на преобразователь 5 и первый вход триггера 18. Во время действия электрического импульса преобразователь 5 возбуждает в акустическом волноводе 4 импульс, который излучается в исследуемую среду, Отраженный от торца волновода 4 импульс селектируется селектором 14 и поступает на другой вход .триггера 18. В результате на выходе триггера 18 формируется прямоугольный импульс с амплитудой

0 и длительностЬю 2 с (где à — врев 2 мя прохождения импульса по волноводу 4). Этот импульс подается на четвертый интегратор 22, на выходе которого образуется импульс, амплитуда которого равна

0 = 0 ИЯ0

2 о

Прошедшие через исследуемую среду ультразвуковые волны преобразуются преобразователем 2 в электрические сигналы и поступают на приемник 15, где они усиливаются и нормируются по амплитуде и длительности. С выхода приемника. 15 импульс поступает на вход селектора 16, селектируется и поступает на 2. вход триггера 7. .На выходе триггера 7 формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна 0 .2 "1+2 Ig+2I s (4) где 11 — время задержки в исследуемой среде.

Этот импульс подается на первый интегратор 9, на выходе которого об.разуется импульс, амплитуда которого равна

0 - U dt =Ug (2 +2ь„+2„„) (в) о о

Возбужденные ультразвуковые волны распространяются по исследуемой 50 среде, принимаются приемником акустических колебаний, в котором преобразователем преобразуется в электрический сигнал и.поступают на приемник 6, в котором они усиливаются и нормиру- И ются по длительности и амплитуде.

Импульс с выхода приемника 6 запускает селектор 14 и генератор 1 импуль«

С выходов интеграторов 9, 21 и 22 напряжения поступают на входы блока

19 вычисления, на выходе которого формируется напряжение

-U .- О -"20

4 3 2 1 я О

Затем это напряжение подается на преобразователь напряжения в импульсный сигнал 20, который формирует импульс с амплитудой, равной 04, и дли1101691 (10) 30

ВНИИПИ

Тираж 823

Заказ 4754/26

Подписное тельностью Г, пропорциональной амплитуде U<. Этот импульс поступает на вход второго интегратора 10, на выходе которого формируется напряжение 5

О= 0 ДЩ2 (7)

4 "„ю где К вЂ” постоянный коэффициент.

Сигнал с выхода интегратора 10 поступает на вход генератора 11 пилообразного напряжения, который после окончания интегрирования по сигналу с преобразователя 20 формирует линей- 1 но убывающее напряжение, изменяющееся от максимального значения U< до нуля. В момент, когда напряжение на выходе генератора 11 достигает нулевого значения, схемы 12 сравнения вырабатывает импульс, который запускает генератор 1 импульсов по первому входу и устанавливает интеграторы 9, 10, 21 и 22 в начальное состояние.

Период одного цикла измерения равен о "о " + 8 " и (8) где о — постоянный коэффициент — время задержки сигналов в

3 электрических цепях.

Частотомер 13 измеряет частоту следования импульсов на выходе схемы

12 сравнения, которая при d I,Ô×.о равна

Т{) (ц, 2

8 ""и

При выполнении условия

0LUs

1 2 а где 1о — расстояние между торцами волноводов, частота следования импульсов Го прямо пропорциональна температуре измеряемой среды.

Наличие новых элементов и,связей в предлагаемом устройстве позволяет устранить недостатки, присущие известному устройству. В предлагаемом устройстве компенсация времени распространения акустических импульсов через волноводы происходит посредством вычитания времени, необходимого для прохождения зондирующим и первым отраженном от рабочего торца импульсами в излучающем и приемном волноводах.из удвоенного времени прахожце" ния акустической волны через волноводы и исследуемую среду. В результате этого разница в геометрических размерах. волноводов и их акустических характеристик не сказывается на точность измерений, которая в этом случае определяется только точностью измерений базового промежутка рабочими торцами волноводов.

Кроме того, предлагаемое устройство позволяет снизить требования к точности изготовления волноводов, что снижает их стоимость, а также позволяет использовать при работе волководы разной длины, что необходимо при затрудненном доступе к объекту измерений.

Филиал НПП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4