Устройство для измерения температуры

 

iii 769364

АНИЕ

ТЕНИЯ

СВИДЕТЕЛЬСТВУ вт. свид-ву— (51) М. К.

G,01 К 11/24 (21) 2668973/18-10 аявки М

Го (53) УДК 536.53 (088.8)

t.80. Бюллетень Ме 37 я описания 07.10.80.

А. И. Лукошевичюс, P.-И. Ю. Кажис, А. В. Тамулис и С. И. Антанайтис (72) Авторы изобретения

Каунасский политехнический институт имени

А. Снечкуса (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к области термометрии, например к измерению флуктуаций температуры газовой среды.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее генератор импульсов, соединенный с ультразвуковым преобразователем, приемник (1).

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью и помехозащищенностью. Это объясняется тем, что момент прихода сигнала фиксируется с большой погрешностью.

Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство для измерения температуры, содержащее соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник и триггер (2).

Однако известное устройство не обладает требуемой точностью измерения и помехозащищенностью из-за того, что при неблагоприятных условиях прохождения ультразвукового сигнала, например наличие шумов или сильной мультипликативной помехи, момент прихода сигнала фиксируется с большой погрешностью.

Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном

2 увеличении помехоустойчивости. Для этого в устройство введены нуль-орган, первый генератор стабильной частоты и цепь из последовательно соединенных дифференцпs атора, делителя числа импульсов, второго триггера, схемы И, второго делителя числа импульсов, генератора серии импульсов, разностного счетчика импульсов и решающего блока, причем выход дифференцпатора подключен также ко вторым входам решающего блока, второго триггера и разностного счетчика импульсов, третий вход которого подключен к выходу схемы И, ко входу которой подсоединен выход первого генератора стабильной частоты и выход первого триггера, подключенного вторым входом через нуль-орган к выходу генератора возбуждающих импульсов, при этом выход приемника подключен также ко вто20 рым входам делителей числа импульсов, а генератор возбуждающих импульсов содержит второй генератор стабильной частоты, модулятор и генератор тактовых импульсов, подключенный ко второму выходу генерато25 ра возбуждающих импульсов и ко входам дифферепциатора и модулятора, подключенного выходом к первому выходу генератора возбуждающих импульсов, а входом к выходу второго генератора стабильной

30 частоты.

769364

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временные диагр аммы.

Устройство включает генератор 1 возбуждающих импульсов, генератор 2 тактовых импульсов, модулятор 3, второй генератор 4 стабильной частоты, излучающий преобразователь 5, нуль-орган 6, первый триггер 7, принимающий преобразователь 8, приемник 9, схему И 10, первый генератор

11 стабильной частоты, дифференциатор 12, разностный счетчик 13 импульсов, решающий блок 14, второй триггер 15 делители

16 и 17 числа импульсов, генератор 18 серии импульсов.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени tp генератор 2 вырабатывает видеоимпульс (фиг. 2, диаграмма 19), который поступает на модулятор 3 и дифференциатор 12. На выходе дифференциатора 12 образуется импульс (диаграмма 20), который переводит в нулевые (исходные) состояния разностный счетчик 13, решающее устройство 14 и делитель 16, а второй триггер 15 — в единичное состояние. После этого измеритель подготавливается к р а боте.

На второй вход модулятора 3 поступает сигнал с выхода второго генератора 4. На выходе модулятора образуется радиоимпульс (диаграмма 21), частота заполнения которого выбирается так, чтобы динамический диапазон измеряемых флуктуаций температуры был меньше периода этой частоты, а длительность импульса выбирается из условий обеспечения бегучей волны в системе. Импульс (диаграмма 21) поступает на излучающий преобразователь 5, в котором преобразуется в акустический, проходит исследуемую среду и прнимается преобразователем 8. Электрический сигнал (диаграмма 22) c;ïðåoáðàçoâàòåëÿ 8 поступает на приемник 9, в котором усиливается и проходит первичную обработку. С выхода модулятора 3 импульс (диаграмма 22) также поступает на нуль-орган 6, на выходе которого образуются импульсы (диаграмма

23), нормированные по амплитуде и длительности. Эти импульсы соответствуют по времени моментам прохождения через пулевые значения сигнала (диаграмма 21) на входе нуль-органа. Импульсы (диаграмма

24) с выхода приемника, сформированные аналогично импульсам 23, поступают на первый вход первого триггера 7, на второй вход которого поступают импульсы (диаграмма 23). На выходе триггера образуются импульсы (диаграмма 25), длительность которых несет информацию об изменениях температуры в исследуемой среде. Импульсы (диаграмма 24) поступают также на вторые входы первого и второго делителей 16 и 17. Коэффициент деления первого делптсля 16 К, выбран: К < 2 f (1), где т— время прохождения ультразвукового сигнала в среде; f — рабочая частота, т. е. пачка импульсов (диаграмма 25), соответствующая одному зондирующему радиоимпульсу

21, формируется при наличии чисто бегучей волны в акустической системе. Остальная часть схемы презназначена для предотвращения влияния замирания принятого ультразвукового сигнала 22 и тем самым выпадания импульсов 24 на результат измерения и работает следующим образом.

Серия импульсов (диаграмма 25) с выхода первого триггера 7 поступает на второй вход схемы И 10. При этом на третий

1 вход схемы И 10 непрерывно поступают импульсы дискретизации с частотой заполнения fp ) >f, а на первый вход — импульсы (дпаграмма 26) с выхода второго триггера

15. Этот импульс подготавливает схему 10 к работе, Импульсы (диаграмма 25) также поступают на второй вход делителя 16 с коэффициентом деления К, который выбирается заранее по заданной точности контроля и выполнению условия (1) и может быть, например, К вЂ”вЂ” 10. В случае переполнения делителя 16 (например, число импульсов 25 больше десяти), на его выходе образуется импульс (диаграмма 27), который перевоЗ дит триггер 15 в нулевое состояние. При этом схема И 10 закрывается.

За время действия импульсов 25 и 26 на выходе схемы И 10 образуются серии импульсов (диаграмма 28). Число импуль сов Np в одной серии равно Np —— тД + 1, t. и+ АТр где zp — — 1п + hTp, или Np = +

О

+1, здесь (= —, n=O, 1,2, ... и зависит

4 от продолжительности замирания сигнала, а ТО выбирается путем подбора расстояния lp между ультразвуковыми преобразователями и выбором несущей частоты f так, чтобы выполнялось условие 0 < ATp ( (1 во всем диапазоне изменения температуры контролируемой среды. Обычно

i выбирают AiTp = — при калибровке при2 бора на среднее значение диапазона изменения температуры.

Серии импульсов 28 поступают на суммирующий вход разностного счетчика импульсов 13 и на первый вход делителя 17.

Коэффициент деления делитсля 17 выбран

5ä Ф равным К = — + 1. Если замирания о сигнала 22 нет, то n = 0 и т = ATp, что дает то < /. Отсюда видно, что число импульсов Np в данном случае будет недостаЬ о точным для переполнения делителя 17, и эти импульсы будут суммироваться в счетчике 13. Импульсы 24 в этом случае сбрасывают делитель 17 в нулевое состояние, подгогавливая его к дальнейшей ра65 боте.

769364

В случае замирания сигнала 22 на отдельных его участках получаем и = 1, 2, ... и т!1(1. В этом случае делитель 17 переполняется, на его выходе образуются импульсы (диаграмма 29), которые запускают генератор 18. При этом на выходе генератора

18 образуется серия импульсов, число котоt рых составляет N! — — — .и+ 1. Эта серия

Io импульсов поступает на вычитающий вход разностного счетчика 13, в котором фпкснАТо руется разность N2 = Уо — N! =

to

Таким образом, в счетчике 13 фиксируется число импульсов N>, пропорциональное изменению времени прохождения ультразвуковой волны между преобразователями

5 и 8, независимо от степени замирания сигнала. Накопление числа импульсов в счетчике 13 продолжается до того времени, пока не будет переполнен делитель 16.

В этом случае на выходе делителя 16 образуется импульс (диаграмма 27), который переводит триггер 15 в нулевое состояние, чем схема И 10 закрывается, и процесс измерения прекращается.

Код с выхода счетчика 13 поступает на решающий блок 14, в котором по измеренному времени прохождения АТО исчисляется отклонение температуры в исследуемой среде, относительно среднего ее значения.

С приходом следующего тактового импульса 19 сбрасываются показания цифрового табло решающего блока 14, разностный счетчик импульсов 13 и делитель 16 переводятся в нулевые состояния, а триггер

15 — в единичное, чем измеритель подготавливается к дальнейшей работе.

Предлагаемый ультразвуковой измеритель флуктуаций температуры газовых сред позволяет повысить точность и помехоустойчивость измерений на счет накопления результатов измерения по одному зондирующему радиоимпульсу и исключения погрешности, вызванной замиранием принятого сигнала.

Кроме того, результат измерения представляется в цифровой форме, что позволяет автоматизировать системы контроля, основанные на определении температуры

5

1О

40, 6 ультразвуковым методом, н расширяет область применения ультразвуковых контрольно-измерительных приборов.

Формула изобретения

Устройство для измерения температуры, содержащее соединенные электроакустнческн последовательно генератор возбуждающих импульсов, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник итриггер отличающееся тем,что, с целью повышения точности прн одновременном увеличении помехоустойчивости, в устройство введены нуль-орган, первый генератор стабильной частоты н цепь из последовательно соединенных дифферепцнатора, делителя числа импульсов, второго триггера, схемы И, второго делителя числа импульсов, генератора серии импульсов, разностного счетчика импульсов и решающего блока, причем выход днфференциатора подключен также ко вторым входам решающего блока, второго триггера и разностного счетчика импульсов, третий

ВхОд которого подк 11o«eII 1 ВыхОд) схемы

И, ко входу которой подсоединен выход первого генератора стабильной частоты н

Выход первого триггера, подключенного вторым входом через нуль-орган к выходу генератора возбуждающих импульсов, прн этОм ВыхОд приемника под! лючен также ко вторым входам делителей числа импульсов, а генератор возбуждающих импульсов содержит второй генератор стабильной частоты, модулятор и генератор TBKTQBblx импульсов, подключенный ко второму выходу генератора возбуждающих импульсов, ко входам диффе1>енциато1 а и модулятора, подключенного выходом к первому выходу генератора возбуждающих импульсов, а входом — к выходу второго генератора стабильной частоты.

Источники ннформаннн, принят!.1е во внимание прн экспертизе

1. Патент CLUA М 3534609, кл. G 01 К

11/24, опублик. 1970.

2. Авторское свидетельство ГССР

Ко 658732, кл. G 01 К 11/24, 11.01.77 (прототип).

769364

22

27

29 р ишш зшшшш .Ша — и

Риг. 2

Составитель А. Тереков

Техред О. Павлова

Редактор О. Филиппова

Корректор О. Гусева

Заказ 6733 Изд. № 469 Тираж 729 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполкома