Устройство для ультразвуковогоконтроля высокотемпературных сред

 

О П И С А Н И Е (ц794479

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 05.10.78 (21) 2670089/25-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.01.81. Бюллетень № 1 (45) Дата опубликования описания 07.01.81 (51) М. К .

G 01 N 29/00

Фосударстеенный комитет

СССР,ло делам изобретений и открытий (53) УДК 534.232 (088.8) (72) Авторы изобретения

П.-Б. П. Милюс, С. И. Антанайтис и И. Ю. Буткус (71) Заявитель Каунасский политехнический институт имени Антанаса Снечкуса (54) УСТРОЙ СТВО ДЛЯ УЛ ЬТРАЗ ВУКО ВО ГО КО НТ РОЛЯ

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СРЕД

Изобретение относится к ультразвуковой контрольно-измерительной технике и может быть использовано, например, при контроле параметров высокотемпературных газовых потоков. 5

Известен измеритель скорости ультразвука в потоках высокотемпературных газов, который содержит блок управления системы ввода ультразвуковых преобразователей в исследуемую среду, блок магнит- 10 ной синхронизации, генератор электрических импульсов и блок измерения (1).

Однако он сложен и в силу этого ненадежен.

Наиболее близким по технической сущ- 15 ности к изобретению является устройство, содержащее два ультразвуковых пьезопреобразователя, подключенных к блоку измерения, и систему ввода пьезопреобразователей в исследуемую среду (2). 20

Существенным недостатком этого устройства является низкая надежность контроля, вызванная тем, что отсутствует техническая возможность контроля степени нагрева активного пьезоэлемента ультразвукового преобразователя.

Цель изобретения — повышение надежности контроля — достигается тем, что устройство снабжено амплитудным селектором и схемой сравнения, причем оба пьезопреобразователя через амплитудный селектор и схему сравнения подключены ко входу системы ввода пьезопреобразователей в исследуемую среду и второму входу блока измерения.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 — временные осциллограммы, поясняющие работу устройства; на фиг. 3 — примерная принципиальная схема амплитудного селектора.

Устройство содержит ультразвуковые излучатель 1 и приемник 2, связанные с системой ввода ультразвуковых преобразователей 3, которые подключены к блоку измерения 4. Входы амплитудного селектора

5 подсоединены к ультразвуковым преобразователям 1 и 2, а выход через схему сравнения 6 — к входу системы ввода 3 и входу «Сброс» блока измерения 4.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени t (см. фиг. 2) после включения питания устройства на схему сравнения 6 поступают два эталонных напряжения Uq и . Ut, причем

U<(U . Ко входам амплитудного селектора

5 от преобразователей 1 и 2 поступают напряжения, равные нулю, поэтому на выходе амплитудного селектора 5 напряжение отсутствует. Это соответствует поло794479 жительному потенциалу на выходе схемы сравнения 6 (см. фиг. 2, а). Передний фронт импульса сбрасывает показания цифрового табло и блока измерения 4 и запускает его. Этот импульс также включает систему ввода 3 в режим ввода, после чего преобразователи 1 и 2 вводятся в исследуемую высокотемпературную среду. Вместе с тем, температура преобразователей повышается, статический потенциал на обкладках пьезоэлементов 1 и 2 за счет пироэлектрического эффекта возрастает. При этом температура нагрева в определенный момент времени может быть различной для одного и второго пьезоэлементов. В этом случае статические потенциалы на пьезоэлементах тоже станут различными. Эти потенциалы подаются на входы амплитудного селектора 5.

Необходимо отметить, что температура нагрева пьезопреобразователей 1 и 2 не должна превышать температуры Кюри (Тк) применяемого пьезоэлектрического материала, поскольку выше температуры

Тк они теряют свои пьезосвойства. Для керамических пьезоэлектриков IITC-19

Тк = 290 С, кварцевых Тк = 573 С, ниобата лития (LiNb03) Тк= 1210 С. Из-за относительного линейного увеличения размеров пьезоэлектрического преобразователя на его электродах возникает разность потенциалов U= Q/Ñ, где Q — величина заряда, освобожденного при расширении (деформации) пьезопреобразователя, С вЂ” емкость пьезопреобразователя. Видно, что температура нагрева пьезоэлемента через коэффициент линейного расширения применяемого пьезоэлектрика прямо пропорциональна величине электрического напряжения на электродах пьезопластинки.

На выходе амплитудного селектора 5 образуется напряжение (см. фиг. 2,б), пропорциональное температуре нагрева того пьезоэлемента, который больше нагрет.

Следует отметить, что блок измерения 4 к ультразвуковым преобразователям 1 и 2 подключается через разделительные конденсаторы с целью устранения возможной утечки потенциала заряда пьезоэлементов.

Блок измерения 4 вырабатывает возбуждающие сигналы (см. фиг. 2, в), которые преобразователем 1 преобразуются в акустические, проходят исследуемую среду, в которой задерживаются на некоторое время. Принятый ультразвуковой сигнал преобразователем 2.превращается в электрический, поступает далее на блок измерения

4, в котором по времени прохождения вычисляется необходимый параметр исследуемой среды, например температура высокотемпературного газового потока.

В некоторый момент времени t> напряжение на входе схемы сравнения 6 станет равным опорному напряжению U . В этом случае на выходе схемы сравнения 6 обра5

65 зуется нулевой потенциал и работа блока измерения 4 прекращается, а на систему ввода 3 подается команда вывода, При этом преобразователи 1 и 2 выводятся из агрессивной среды, остывают, напряженйе на выходе амплитудного селектора падает до уровня, равного Uo (фиг. 2, б). В этом случае на выходе схемы сравнения 6 об-,: разуется высокий потенциал, и процесс измерения повторяется описанным выше образом.

Амплитудный селектор может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.3.

Он представляет собой две идентичные цепочки из последовательно соединенных диода 7 и резистора 8, которые подключены к общему конденсатору 9, с обкладок которого снимается выходное напряжение.

При повышении температуры нагрева ультразвуковых преобразователей на их электродах возрастают потенциалы напряжения, которые через диоды 7 и резисторы

8 поступают на выход амплитудного селектора 5. Если потенциалы напряжения не равны между собой, например, qn)q>i, где рц и gI — потенциалы на входах II и 1 блока 5 соответственно, то верхний по схеме диод закрыт ввиду того, что разность потенциалов Лср= рп — срг приложена в обратном направлении, Поэтому потенциал со входа II через диод и нижний по схеме резистор передается на выход блока 5.

Если срд«ч, на выход блока 5 передается аналогичным образом потенциал со входа 1.

Следует также отметить, что импульсы возбуждения ультразвуковых преобразователей, поступающие из блока измерения 4, также поступают на входы 1 или II блока

5, однако при помощи интегрирующей цепочки RC интегрируются и на выход блока

5 не проходят. Постоянная времени интегрирования выбрана из условия т <<ЯС<<т2, где т — длительность импульсов зондирования, а т2 — время разогрева преобразователей. Поскольку RC« >, то конденсатор 9 на амлитуду потенциалов пч или рд не влияет.

Поскольку в описанном устройстве обеспечена работа пьезоэлектрических преобразователей при нормальных температурных условиях, надежность контроля высокотемпературных сред повышается.

Формула изобретения

Устройство для ультразвукового контроля высокотемпературных сред, содержащее два ультразвуковых пьезопреобразователя, подключенных к блоку измерения, и систему ввода пьезопреобразователей в исследуемую среду, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности контроля, оно снабжено амплитудным селектором и схемой сравнения, причем оба пьезопреоб794479

Ф//г /

Ф иг. E

l n/earners пам

Риз. /

Составитель В. Пирогов

Техред Л. Куклина

Редактор Т. Клюкина

Корректор О. Тюрина

Заказ 2717/17 Изд. М 115 Тираж 915 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2

5 разователя через амплитудный селектор и схему сравнения подключены ко входу системы ввода пьезопреобразователей в исследуемую среду и второму входу блока измерения.

Источники информации, ° принятые во внимание при экспертизе

1. Вопросы современной ультразвуковой спектроскопии. Материалы 3-ей Всесоюзной конференции по вопросам ультразвуковой спектроскопии. — Каунас, изд-во

КПИ, 1976, с. 31 — 34.

2. Установка для измерения скорости и коэффициента поглощения акустических волн в плазме индукционного разряда в

Аг. Научные труды Всесоюзного машиностроительного института. Т. 47, № 28, 1975, с. 3 — 6 (прототип).