Способ измерения скорости звука в высокотемпературных потоках

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ЗВУКА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОТОКАХ, заключающийся в том, что в исследуемом потоке на заданном расстоянии располагают друг против друга излучатель и приемник акустических коле-.. баний, рабочие поверхности которьк параллельны направлению потока, возбуждают импульс акустических колебаний , принимают его, приемник перемещают по направлению потока до получения максимальной амплитуды принятого импульса, измеряют время распространения этого импульса и по этому времени определяют скорость звука в потоке, отличающийс я тем, что, с целью повышения точности измерения за счет устранения влияния тепловых пограничных слоев на рабочих поверхностях излучателя и приемника, излучатель перед перемещением приемника поворачивают рабочей поверхностью до (/ получения минимального времени расС пространения импульса акустических колебаний между излучателем и приемником .

СОЮЭ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„Я0„„115593 I

4 ц С 01 N 29/00 и„:

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОВРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3685279/25-28 (22) t4. 11.83 (46) 15. 05. 85. Бюл. ¹ 18 (7 2) И. tO. Буткус и П.Б. -П.Милюс (71) Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (53) 620.179. 16(088.8) (56} 1. Авторское свидетельство СССР

¹ 691748, кл. С 01 N 29/00, 1976.

2.. I.ynnworht 1..С. Ultrasonic

Flowmeters, 14, chapter 5, edited

by Mason M.Р., Thurston К.N. Phisical Acoustics. — N.Y., Academic

Press, 1979,р.р. 408. (54) (57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ

ЗВУКА В ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ПОТОКАХ, заключающийся в том, что в исследуемом потоке на заданном расстоянии располагают друг против друга излучатель и приемник акустических коле- . баний, рабочие поверхности которых параллельны направлению потока, возбуждают импульс акустических колебаний, принимают его, приемник перемещают по направлению потока до получения максимальной амплитуды принятого импульса, измеряют время распространения этого импульса и по этому времени определяют скорость звука в потоке, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повьппения точности измерения за счет устранения влияния тепловых. пограничных слоев на рабочих поверхностях излучателя и приемника, излучатель перед перемещением приемника поворачивают рабочей поверхностью до получения минимального времени распространения импульса акустических колебаний между излучателем и приемником»

1 11559

Изобретение относится к неразрушающему контролю и может быть использовано для определения состояния среды путем измерения скорости звука в ней. 5

Известен способ измерения скорости звука, основанный на измерении времени прохождения ультразвука в материалах, заключающийся s том, что зондирующий ультразвуковой им- 10 пульс пропускают от излучающего до приемного преобразователя через исследуемый материал, Фиксируют время задержки акустического импульса в контролируемой среде и по нему опре- 15 деляют скорость звука в материале (13.

Недостатком этого способа является низкая точность измерений в высокотемпературных потоках. Это свя- 20 зано с тем, что при измерениях в высокотемпературных потоках на активных поверхностях излучающего и приемного преобразователей образуются тепловые пограничные слои, толщины 25 которых меняются пропорционально корню квадратному из расстояния от переднего края активных поверхностей волноводных преобразователей. Это приводит к искривлению траектории 30 распространения акустического сигнала в контролируемой высокотемпературной среде и, тем самым, к значительным погрешностям измерений. Кроме того, существующий в потоках снос З5 акустического сигнала в сторону те- . чения среды искажает диаграммы направленностей преобразователей. Это уменьшает амплитуду сигнала на входе приемника и точность измерения скорости звука.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ изме-Ю рения скорости звука в высокотемпературных потоках, заключающийся в том, что в исследуемом потоке на заданном расстоянии располагают друг против друга излучатель и приемник 50 акустических колебаний, рабочие поверхности которых параллельны направлению потока, возбуждают импульс акустических колебаний, принимают его, приемник перемещают по направ- 55 лению потока до получения максимальной амплитуды принятого импульса, измеряют время распространения этого импульса и по этому времени определяют скорость звука s потоке Е2 3.

Однако этот способ имеет большие погрешности при измерении, вызванные искривлением траектории распространения акустического импульса, обусловленным непостоянством толщины тепловых пограничных слоев на рабочих поверхностях преобразователей.

Цель изобретения — повышение точности измерения за счет устранения влияния тепловых пограничных слоев на рабочих поверхностях излучателя и приемника.

Эта цель достигается тем, что согласно способу измерения скорости звука в высокотемпературных потоках, заключающемся в исследуемом потоке на заданном расстоянии располагают друг против друга излучатель и приемник акустических колебаний, рабочие поверхности которых параллельны направлению потока, возбуждают импульс акустических колебаний, принимают его, приемник перемещают,по направлению потока до получения максимальной. амплитуды принятого импульса, измеряют время распространения этого импульса и по этому времени определяют скорость звука в потоке, излучатель перед перемещением приемника поворачивают рабочей поверхностью до получения минимального времени распространения импульса акустических колебаний между излучателем и приемником.

Способ измерения скорости звука в высокотемпературных потоках осуществляется следующим образом.

Акустические излучающий и приемный преобразователи вводятся в высокотемпературный поток-и располагаются друг против друга на заданном расстоянии. При этом преобразователи устанавливают таким образом, чтобы их рабочие поверхности были параллельны направлению потока. Это обеспечивает перпендикулярное распространение импульса по отношению к вектору скорости потока. Снос этого импульса потоком не влияет на время задержки сигнала в исследуемой среде и на результат измерения скорости звука.

Возбуждают излучением импульс акустических колебаний. В высокотем" пературном потоке температура рабочих поверхностей преобразователей

1155931 са практически перпендикулярна к поверхности приемника и к направлению потока. Кроме укорочения траектории распространения поворот излучателя приводит к тому, что акустический импульс достигает поверхности приемника более синфазно, что увеличивает амплитуду сигнала иа входе приемника и точность пров610 димых измерений. Затем приемник перемещают по направлению потока до получения максимальной. амплитуды принятого импульса. При таких поло-, жениях преобразователей измеряют;;

13 время распространения импульса упругих колебаний и с учетом протяжен-. ности базы прозвучивания определяют скорость звука в исследуемой среде.

20 Использование предлагаемого спо- соба измерения скорости звука в высокотемпературных потоках позволяет повысить точность измерения, поскольку при вращении излучателя и смещении нриемника устраняется влияние тепловых пограничных слоев на рабочих поверхностях преобразователей. всегда ниже температуры среды. Зто приводит к тому, что на этих поверхностях. появляются тепловые пограничные слои, толщина которых не постоянна по поверхности преобразователей. Из-за этого имеются значительные температурные градиенты, приводящие к искривлению траектории распространения ультразвукового импульса.

Искривление траектории приводит к увеличению пути распространения сигнала и тем самым к увеличению времени распространения сигнала в среде, что увеличивает погрешности измерения скорости ультразвука.

Кроме того, акустическая волна на . поверхность приемника падает под некоторым углом, что снижает амплитуду принятого сигнала и соответственно точность измерения.

С целью уменьшения этих погрешностей излучатель поворачивают рабочей поверхностью до получения минимапьного времени распространения 25 импульса акустических колебаний между преобразователями. При этом траектория распространения импульЗаказ 3132/39 Тираж 897 Подпис ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. ужгород, ул. Проектная, 4

Составитель Г.Федоров

Редактор И.Касарда Техред И.Асталош Корректор M.Ñàìáîðñêàÿ