Измеритель скорости звука

 

(72) Авторы изобретения

В. И. цыганок, Е. Н. Салтыков, В. М, Миро и Н. К. Шурков

Рязанский радиотехнический институт (7I) Заявитель (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ЗВУКА

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения сксрости распространения звука в жидкостях и газах.

Известно устройство (1 3, содержащее генератор импульсов, излучающий ультразвуковой преобразователь, приемный преобразователь, усилитель и частотомер, соединенные в кольцо таким образом, что образуют генератор с эапаэдываюшей обратной связью. Частота такого генератора, пропорциональная скорости звука в исследуемой среде, измеряеА:я частотомером, подключенным к выходу усилителя или генератора. Погрешность измерения определяется aps этом по формуле (y) ч е с где à — время задержки в электрических цепях;

Т вЂ” среднее время распределения звуковой волны между преобразователями;

Ч вЂ” скорость движения среды вдоль оси распространения звука;

С вЂ” средняя скорость :звука в среде; ф — толщина слоя обрастания или коррозии, в котором скорость звука равна С, — длина базы.

Недостатком данного устройства, как видно из формулы (1), является то, что уменьшить погрешность измерения в устройстве можно только за счет увеличения базы, т.е. габаритных размеров,i периоди« ческой очистки поверхностей преобразователей и уменьшения сксрости смены среды в измерительном объеме, что в реальных условиях (например, при установке измерителя на морских судах с целью непрерывного исследования физикохимических свойств воды) практически затруднено, а иногда и невозможно.

Известно также устройство 2), позволяющее в значительной степени уменьшить отдельные слагаемые погрешности, 808866

30 которые содержит генератор импульсов, излучающий преобразователь, два приемных преобразователя, расположенных на разных расстояниях от: излучателя, ком- мутатор, усилитель, синхронизатор и измеритель временного интервала, Поскольку в данном устройстве измеряется разность времен распространения излученного импульса до двух приемных преобразователей, соединенных через коммутатор с общим усилителем, то ошибка измерения, связанная с задержкой импульсов в общих электрических цепях и прохождением через примерно равные по толщине слон коррозии (обрастания) преобразователей, оказывается в значительной степени уменьшенной, и общая погрешность выражается формулой

v 4 -E

C= t {2)

20 где Е и 8 - толщина слоя коррозии (обрастания ) второго и первого приемных преобразователей соответственно;

L — расстояние между приемными преобразователями.

Недостатком известного устройства, как видно из формулы (2), является не— достаточная точность измерений.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измер итель скор ост и звука 3 ), содержа щий синхронизатор, генератор зондирующего сигнала, коммутатор, приемник, измеритель временного интервала, преобразователь информации, электроакустический преобразователь и отражатель.

В этом устройстве измерение времени распространения иэлученного импульса производится от электроакустического преобразователя до отражателя и обратно. 40

Так как в этом случае ультразвуковой импульс проходит в среде в двух противоположных направлениях, то происходит почти полная компенсация ошибки, связанной с движением среды. Погрешность оп- 45 ределяется по формуле г

K= —., ч- (3)

Недостатком устройства, как видно из формулы (3), является погрешность изме рения из-за наличия слоя коррозии или обрастания микроорганизмами на поверхностях преобразователя и отражателя. Это .значит, что устройство не может длительное время эксплуатироваться в агрессивных средах.

Бель изобретения — уменьшение погрешности измерения.

Укаэанная цель достигается тем, что измеритель снабжен вторым отражателем, расположенным от преобразователя на расстоянии, не равном расстоянию от электроакустического преобразователя до первЬго отражателя.

На фиг. 1 представлено устройство, структурная схема; на фиг. 2 — эпюры, поясняющие его работу.

Устройство содержит синхронизатор 1, последовательно соединенные генератор

2 зондирующего сигнала, коммутатор 3, вторым входом соединенный со вторым выходом синхронизатора 1, приемник 4, а также измеритель 5 вреьенного интервала, преобразователь 6 информации, дополнительные входы которых связаны с дополнительными выходами синхронизатора 1. соединенный с выходом коммутатора 3 электроакустический преобразователь 7, который вместе с электроакустически связанными отражателем 8 и вторым отражателем 9, расположенным от преобразователя 7 на расстоянии, не равном расстоянию от электроакустическо-го преобразователя 7 до первого отражателя 8,находится в среде 10.

Устройство работает следующим образом.

Импульс синхронизатора 1 (эпюра а) поступает на коммутирующий вход коммутатора 3, и .происходит соединение выхода генератора 2 со входом преобразователя 7, а вход приемника 4 на это время от преобразователя 7 отключается. Когда с синхронизатора 1 поступает импульс запуска (б), в генераторе 2 формируется зондирующий импульс (д), который через коммутатор 3 поступает в преобразователь 7 и возбуждает в исследуемой среде 10 импульс звуковых колебаний. Отраженные от отражателей 8 и 9 импульсы возбуждают в преобразовате. е

7 электрические импульсы. Так как длительность импульсов (а) и (б) выбирается меньше времени распространения ультразвуковых импульсов в среде 10, то к моменту прихода отраженных импульсов коммутатор 3 отключает выход генератора 2 зондирующего сигнала от акустического преобразователя 7 и под- . ключает последний ко входу приемника 4.

B приемнике происходит усиление и детектирование отраженных импульсов (з), которые и поступают на измеритель 5 временного интервала. Перед началом следующего цикла измерений импульсом

Ь (в) синхронизатора 1 происходит пере нос информации иэ измерителя ° > времен

808866 ного интервала, например, в виде цифрово. го кода, в преобразователь 6 информации, который преобразует измеренную величину разности Т>-Т.1 в соответствии с выражением C-"2 „- (L -расстояние меж 1 т,-т, ду отражателями 8 и 9) и на выходе которого получают информацию о сксрости звука в исследуемой среде 10 в нужном виде, например в виде частоты импульсов или цифрового кода. Импульс (r) синхронизатора 1 устанавливает измеритель

5 временного интервала в исходное состояние и блокирует его работу на все время, не соответствующее приему первых . отраженных от отражателей 8 и 9 импульсов.

Период измерения Т выбирается большим, чем время затухания всех неодно— кратно переотраженных в измерительном объекте импульсов.

Расстояние между отражателями 8 и

9 выбирается так, чтобы интервал време.ни Т -Т.1 был достаточно большим в целях упрошения аппаратуры для его измерения.

Легко показать, что погрешность измерения скорости звука в устройстве выража- ется формулой (4):

С -Ю (, (4) где l и 1 — толшина слоя коррозии (обрастания) соответственно второго и первого отражателей;

1, — расстояние между огра ж ат елям и.

Из сопоставления формул (4) -и (3) следует, что погрешность измерения устройства много меньше, чем у известного устройства, так как всегда выполняются неравенства: сс С, 2 - g «1» (5)

Поэтому при одинаковом времени эксплуатации известного устройства и предлагаемого последнее обладает на порядок меньшей погрешностью, что ценно само по себе. При одинаковой допустимой погреш10 ности измерения срок эксплуатации предлагаемого измерителя беэ очистки базовых поверхностей от коррозии (обрастания) во много раз больше иэвесгного, в результа-. те чего резко сокрашаются затраты мате-

1S риальных и трудовых ресурсов на эксплуатацию.

Формула изобретен"ия

Измеритель скорости звука, содержаший синхронизатор, генератор эондирую20 щего сигнала, .коммутатор, приемник, измеритель временного интервала, преобразователь информации, элекгроакустический преобразователь и отражатель, о r л и— ч а ю ш и и с я тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, измеритель снабжен вторым отражателем, расположенным or преобразователя íà расстоянии, не равном расстоянию ог элекг1 роакустического преобразователя до пер 0 acro отражателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Мо 58634 1 ° кл. G 0 1 Н 5/00, 1 976.

2. Авторское свидетельство СССР

N. 554469, кл. 5 01 Н 5/00, 1975.

3. Патент Великобритании

)й 1291181, кл. Н 4 D, 1972 (прототип).

Редактор Е. Спиридонова

Составитель А. Чистяков

Техред М.Федорнак Корректор Н. Стец

Заказ 396/43 Тираж 495 Подписное

ВНИИПИ 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