Ультразвуковой измеритель температуры

 

O П И С Д H И Е (и) 465562

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 09.08.71 (21) 1686572/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 30.03.75. Бюллетень № 12

Дата опубликования описания 19.06.75 (51) М. Кл. G Olk 7/24

Государственный комитет

Совета Министров СССР (53) УДК 534.232:536.5 (088.8) по делам изобретений и открытии (72) Авторы изобретения Н. И. Бражников, 3 Д. Крылова, В. И. Крылович и А. Д. Солодухин (71) Заявитель

Институт тепло- и массообмена АН Белорусской ССР (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРА -Ы

Изобретение относится к области измерительной техники.

Известные ультразвуковые измерители температуры, содержащие генератор непрерывного возбуждающего напряжения, излучающую и приемную акустические головки, герметично установленные в стенках трубопровода, включающие в себя пьезоэлемент с протектором, фазорегулятор, усилители, блоки автоматической регулировки усиления (АРУ), фазовый детектор и регистрирующий блок, имеют погрешности, вызываемые либо многократными отражениями акустического сигнала между излучателем и приемником при нормальном относительно оси трубопровода вводе ультразвука, либо влиянием скорости потока движущейся среды при наклонном вводе.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Для этого в предлагаемом измерителе в измерительную схему введены дополнительный фазорегулятор и сумматор, а приемная головка выполнена из нескольких узких прямоугольных пьезопластин, ориентированных по длине перпендикулярно к оси трубопровода и параллельно рабочим поверхностям.

На чертеже показана схема ультразвукового измерителя температуры, где 1 и 2 — излучающая и приемная акустические головки, 3 — генератор возбуждающего напряжения.

4 — фазорегулятор, 5 — усилитель, 6 — блок автоматической регулировки усиления опорного канала, 7 — фазовый детектор, 8 — регистрирующий блок, 9 — усилитель, 10 — блок

5 автоматической регулировки усиления приемного канала, 11 — канальный фазорегулятор, 12 — сумматор, 13 — пьезопластина излучающей головки, 14 — протектор излучающей головки, 15 — трубопровод, 16 — прямоуголь10 ные узкие пьезопластины приемника, 17 тонкослойный протектор приемной головки.

Измеритель температуры работает следующим образом.

Излучающая головка, содержащая диско15 вую или прямоугольную пьезопластины, защищенную проектором, герметично установлена в стенке трубопровода под небольшим углом к его оси. Эта головка непрерывно возбуждается высокочастотным напряжением, 20 вырабатываемым генератором, и излучает в контролируемую среду плоскую ультразвуковую волну, которая после прохождения через нее поступает на приемную акустическую головку.

25 Приемная головка выполнена с несколькими узкими прямоугольными пьезопластинами, защищенными от действия контролируемой среды тонкослойным твердым протектором, толщиной, на порядок меньшей длины ультра30 звуковой волны. Протектор изготовлен из ма465562

Составитель И, Рывкина

Редактор Т. Рыбалова

Техред T. Миронова

Корректор И. Позняковская

Типография, пр. Сапунова, 2 териала с акустическим сопротивлением, имеющим промежуточное значение между сопротивлениями пьезопластин и контролируемой среды. Пьезопластины 5 ориентированы длиной перпендикулярно к оси трубопровода, а рабочими плоскостями параллельно ей. Благодаря этому каждая пьезопластина принимает самостоятельно ультразвуковые колебания, фаза которых имеет линейную зависимость от температуры и не зависит от скорости потока, Однако фазы электрических сигналов приемных пьезопластин отличаются одна от другой на величину, зависящую от их ширины и угла наклона оси излучателя. Для выравнивания фаз сигналов их подают на и-канальный фазорегулятор 11, с выходов которого равнофазные сигналы поступают на сумматор 12.

Суммированный сигнал через усилитель 9, управляемый блоком 10, подается на один из входов фазового детектора 7. На другой вход фазового детектора поступает опорное напряжение, когерентное относительно принятого сигнала, от генератора 3 через фазорегулятор 4 и усилитель 5, управляемый блоком 6.

Фазовый детектор вырабатывает электрическое напряжение, информативный параметр которого (например, амплитуда или число счетных импульсов) пропорционален разности фаз опорного и принятого суммированного сигнала, т. е. контролируемой температуре.

Этот сигнал регистрируется блоком 8, шкала которого проградуирована в единицах температуры жидкой или газообразной среды.

Выполнение генератора с толщиной, на порядок меньшей длины волны, из материала с промежуточным акустическим сопротивлением между сопротивлениями контролируемой среды и пьезопластин обусловлено необходимостью приемлемой передачи ультразвуковой энергии из контролируемой среды и приемным пьезоэлементам. Чтобы фазовый астигматизм на выходах фазорегулятора 11 в динамике процесса измерений имел приемную малую величину, необходимо разность фаз крайних лучей (показаны стрелками) выбирать на порядок меньше полного фазового сдвига на всем пути распространения луча.

10 Это легко выполнимо, если эффективный диаметр излучающей пьезопластины на порядок меньше внутреннего диаметра трубопровода.

Исключение влияния скорости потока, обусловленное параллельной относительно оси трубопровода ориентацией рабочей плоскости приемника, позволяет существенно повысить точность измерений, а наклонная посылка волны исключает объемную реверберацию внутри трубопровода.

Предмет изобретения

Ультразвуковой измеритель температуры

25 жидких или газообразных потоков, содержащий генератор непрерывного возбуждающего напряжения, излучающую и приемную акустические головки, герметично установленные в стенках трубопровода, снабженные пьезоэле30 ментом с протектором и подключенные к измерительной схеме, состоящей из фазорегулятора, усилителей блока автоматической регулировки усиления, фазового детектора и регистрирующего блока, отличающийся

35 тем, что, с целью повышения точности измерения, в измерительную схему введены дополнительный фазорегулятор и сумматор, а приемная головка выполнена из нескольких прямоугольных пьезопластин, расположенных

40 параллельно рабочим поверхностям и перпен дикулярно к оси трубопровода.

Заказ 1397/18 Изд. № 1305

Тираж 740 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5