Ультразвуковой измеритель температуры газовых сред

 

Союз Советских

Соцналнстнческнх

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К . АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 711383

Р г

3 ю г (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 01. 12.77 (2! ) 2548993/18-10 с присоединением заявки рй.— (23) П риоритет

Опубликовано 25.01.80. Бюллетень Рй

Дата опубликования описания 28.01.80 (5 E ) M. Кл.

G 01 К 11/24

Гааудврствеккый квмитет

СССР вв делам взабратеиий и аткрытий (53) УДК 536.

53(088.8) (72) Авторы изобретения

С. И. Антанайтис,,:Р. — И. 10. Кажис и А. В. Рагаускас (7!) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

ГАЗОВЫХ CPEEl

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков.

Известен ультразвуковой измеритель

5 температуры, содержащий генератор, излучатель, приемник, вычислительное устройство (1). Работа измерителя температуры основана на принципе скорости распространения ультразвука в среде. Недбс-! о татком устройства является его сложность

Известен ультразвуковой измеритель температуры, содержащий генератор непрерывного возбуждающего напряжения, излучающую и приемную акустические головки, фазовый детектор, фазорегуляторы (21. В этом устройстве измеряется фазовый сдвиг сигнала, прошедшего через среду, температуру которой измеряют.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой измеритель температуры газовых сред, содержащий генератор импульсов, подключенный к волноводному излучателю, акустически связанному с приеМником акустических колебаний (3). Температура газовой среды вычисляется при помощи вычислительного устройства по времени прохождения ультразвуковоч вол. г ны.

Недостатком устройства является низкая точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные селектор, блок задержки, триггер, два интегратора, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения н частотометр, причем выход генератора импульсов соединен с входом селектора, выход приемника соединен с вторыми входами триггера и генератора пилообра ного напряжения, а выход схемы сравнения соединен с входом генератора импульсов и вторыми входами интеграторов.. —,1 1 3М3 э В И

О Э

3

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — временные диаграммы напряже-ний, поясняющие работу устройства.

Ультразвуковой измеритель температуры содержит генератор импульсов 1, излучатель акустических колебаний 2 с волноводом 3, приемник акустических колебаний, включающий в себя волновод 4. преобразователь 5 акустических колебаний в электрический сигнал и приемник 6, селектор 7, блок задержки 8, триггер 9, интеграторы 10 и 11, генератор 12 пилообразного напряжения, схему сравнения

13, частотометр 14. 15

Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени О (фи . 2а) генератор импульсов 1 создает импульс напряжения, который возбуждает излучатель 2 и одновременно запускает 20 селектор 7. Во время действия электрического импульса излучатель 2 возбуждает в акустическом волноводе 3 импульс (фиг. 2б), который торцом этого волновода излучается в исследуемую среду, например в поток высокотемпературного газа. Возбужденные ультразвуковые волны распространяются по исследуемой среде, принимаются приемником акустических колебаний, в котором преобразователем 50

5 акустических колебаний преобразуются в электрический сигнал (фиг. 2, в), усилителем 6 усиливаются, нормируются по амплитуде и длительности (фиг. 2, г). 35

Сигнал на выходе приемника запаздывает относительно момента О на временной интервал где С вЂ” время задержки сигнала в

Э элекчрических цепях и в приемнике 6, — время задержки в волноводе, — время задержки в исследуемой

И среде.

Некоторая часть энергии излучаемых ультразвуковых колебаний отражается от границы волновод — исследуемая среда из-эа различия акустических импедансов волновода и среды. Отраженный акустический импульс (фиг. 2д) излучателем 2, в качестве которого используется обратимый преобразователь, например пьезоэлектрический, преобразуется в электрический сигнал, селектируется селектором 7 и поступает на вход блока задержки 8, время задержки которого равно, 4

С выхода блока задержки + сигнал (фиг. 2е) поступает на первый вход триггера 9 с временным сдвигом относительно момента времени равным 2 +

О

На второй вход триггера 9 поступает сигнал с временным сдвигом О. Таким образом, на выходе триггера 9 формируется прямоугольный импульс с длительностью - О = и (фиг. 2ж). Этот импульс подается на первый интегратор 10, на выходе которого образуется импульс (фиг. 2и), амплитуда которого "вх " вРи

О где U — амплитуда импульса на входе

ВХ интегратора 10. Сигнал с выхода интегратора 10 поступает на интегратор ll, на выходе которого образуется импульс (фиг. 2к) с амплитудой. uZ=

"и б и

". Сигнал с выхода интег0 1 ВХ2 ратора 11 поступает на вход генератора

12 пилообразного напряжения, который формирует линейно убывающее напряжение, изменяющееся от максимального значения U до нуля, поступающее на вход схемы сравнения 13. В момент, когда напряжение на выходе генератора 12 достигает нулевого значения, схема сравнения вырабатывает импульс напряжения, который запускает генератор импульсов

1 и устанавливает интеграторы 10, 11 в начальное состояние, Процесс измерения температуры повторяется.

Период одного цикла измерения равен т = с СС О „ С „ где О(.— постоянный коэффициент. Частотометр 14 измеряет частоту следования импульсов на выходе схемы сравнения 13, которая прис Ц „>> С равна: о (То А0 5 Са

При выполнении условия (;(() ах=р где Оо — расстояние между торцами волноводов, частота следования импульсов Г, прямо пропорциональна температуре 1 измеряемой среды: Fo

При уменьшении расстояния между акустическими волноводами или при повышении

1 температуры исследуемой среды линейность преобразования не нарушается, что выгодно отличает предложенное устройство от известных.

Наличие новых элементов в ультразвуковом измерителе температуры выгодно

711383 отличает его от прототипа, так как обес-. печивает повышение точности измерения температуры, что гозволяет расширить его сферу применения.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель температуры газовых сред, содержаший генератор импульсов, подключенный к волноводному излучателю, акустически связанному с приемником акустических колебаний, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью ( повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные селектор, блок задержки, триггер, два интегратора, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения и частотометр, причем выход генератора импульсов соединен с входом селектора, выход приемника соединен с вторыми входами триггера и генератора пилообразного напряжения, а выход схемы сравнения соединен с входом генератора импульсов и вторыми входами интеграторов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 137288, кл. G 01 К 11/24, 1960.

2. Аяторское свидетельство СССР

¹ 465562, кл. G Ol К 7/24, 1971.

3. Патент CIIJA % 3534609, кл. 73-339, опублик. 1970 (прототип).

7113Я3

Составитель В. Куликов

Редактор Л. Бибер Техред М. Келемеш Корректор В. Бутяга

Заказ 8996/27 Тираж 713 Подписное

UHHHHH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4