Ультразвуковой измеритель скорости потока газовых сред

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических республик н11 964543 ф (63) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 25.12,80 (21) 3224723/18-10 () М К 3 с присоединением заявки ¹â€”

G 01 Р 5/00

Гос ударе т ве ни ы и комитет

СССР ио делам изобретений и открытий (23) ПриоритетОпубликовано 07.10.82. Бюллетень ¹ 37

РЗ) УДК 681 121 (088. 8) Дать опубликования описания 07. 10. 82 (72) Авторы изобретения

Л.Н. Гостищев, В.Г. Любивый и В.Д. Киселев (71) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ

ПОТОКА ГАЗОВЫХ СРЕД

Изобретение относится к технике контроля и предназначено для измерения малых скоростей (порядка 10 см/c) потоков агрессивных газовых сред, используемых для проведения технологических процессов при создании элементной базы микроэлектройики.

Известен акустический газоанали:затор, ссдеритащий эталонный и измерительный каналы, два акустических преобразователя, генератор импульсов, формирующие каскады, два триггера, дифференцирующую цепочку и выходное устройство (1).

В данном акустическом газоанализаторе скорость распространения УЗ колебаний в исследуемой среде опре- деляется путем сравнения времени прохождения посылок УЗ импульсов фиксированного расстояния в измеpHTeJIbHoM и эталонном каналах.

В связи с тем, что в магистральных газовых линиях отношение скоростей газовых потоков, используемых в технологических операциях, к скорости распространения УЭ колебаний в исследуемой среде лежит s пределах (10 — 10- ), метод, положенный в основу работы устройства, для контроля. малых скоростей потока газа становится неприменим.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой расходомер, содержащий измерительный канал, два обратимтх электроакустических преобразователя, подключенных к выходу генератора зондирующих импульсов и входам измерителя разности фаз, и выходное устройство 2 .

Недостатком известного устройства является невозможность его использования для измерения расхода агрессивгых сред, а также невысокая точность измерения.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерений скорости потока агрессивных газовых сред и увеличение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что измерительный канал выполнен в виде трубы постоянного диаметра с длиной, кратной половине длины ультразвуковой волны, каждяй обратимтй электроакустический преобразователь снабжен звукопроводом и закреплен в трубопроводе посредством пары четвертьволновых буферных эле964543. ментов, а генератор зондирующих импульсов выполнен в виде формирователя, один вход которого подключен к генератору непрерывных ультразвуковых колебаний, а другой - к выходу генератора имйульсов. S

Всякое колеблющееся упругое тело можно представить эквивалентной электрической схемой, состоящей из индуктивности, емкости и активного сопротивления, так как гаэ, ограни- 10 ченный стенками рабочей камеры и звукопроводами, представляет из себя колеблющееся упругое тело, то чтобы индицировать малые газовые потоки со скоростью порядка 10 см/с 15 по изменению фазы принимаемых колебаний, необходимо объем рабочей камеры для ультразвука сделать резонансным. Это достигается, если расстояние (. между акустическими преоб- 20 разователями кратно половине длины

УЗ волны. В этом случае зависимость фазы УЗ колебания от изменения частоты вследствие эффекта Доплера в области акустического резонанса рабочего объема датчика имеет линейный характер и пропорциональна величине ) «T ï (1 +

С

В первом такте (такте излучения) сигнал с УЗ генератора 8 и с .генератора 9 импульсов поступает на формирователь 10 и с него в виде пакетов высокочастотных электрических колебаний поступает на акустические пре образователи 1, работающие как излу; чатели ультразвука,УЗ колебания через звукопровод 2, выполненный раз- мером в половину длины волны, поступают в рабочий объем датчика 4. От корпуса б преобразователи 1 акустически изолированы четвертьволновыми элементами. 3 и прокладками 5. Во время такта излучения измеритель 11 разности фаз закрыт. Для того, чтобы пакеты УЗ колебаний не действовали на пьезоэлементы в режйме излучення, длительность такта излучения меньше времени распространения УЗ колеба-, ний между звукопроводами 2. Во время второго такта (такта приема) формирователь 10 от УЗ генератора 8 и генератора 9 импульсов отключен, а на открытые входы измерителя 11 разности фаз поступают сигналы с акустических преобразователей 1, работающих как приемники ультразвука. Сигнал, пропорциональный разности фаз, поступает на выходное устройство 12, где производится его индикация.

Проверка работы устройства на частоте 0,5 МГц показывает уверенную индикацию скорости потока агрессивной газовой среды порядка 0,1 м/с, что является расширением диапазона при контроле скорости агрессивных газов ультразвуковыми методами.. где n — число полуволн, укладывающихся по длине рабочей камеры.

На фиг.1 показана блок-схема устройства; на фиг.2 — изменение фазы

УЗ колебаний в окрестности резонансной частоты датчика.

Устройство содержит акустические преобразователи 1, звукопроводы 2, четвертьволновые (буферные) элементы 3, рабочую камеру 4, прокладки 5, 40 трубу б измерительного канала с отверстиями 7 для входа и выхода газового потока, генератор 8 непрерывных

УЗ колебаний, генератор 9 импульсов, формирователь 10 зондирующих импуль- 45 сов, иэмеритель 11 разности фаэ и выходное устройство 12.

Акустические преобразователи 1 закреплены в трубе измерительного канала через пару четвертьволновых элементов 3 и соединены через эвукопровод 2 с рабочей камерой 4. Кор.— пус б соединен через четвертьволновые буферные элементы 3 и прокладки 5 с акустическими преобразователями 1, к которым подсоединен изме ритель 11 разности фаз и формирователь 10 зондирующих импульсов, с подключенными к нему УЗ генератором 8, генератором 9 импульсов и фазовым детектором 11, соединенным с выходным устройством 12.

Устройство предназначается для контроля скорости потока агрессивных газовых сред при выполнении элемен- 65 тов, образующих рабочую камеру из агрессивностойких материалов. Так, при контроле газовых потоков, используемых для проведения технологических процессов при создании активных элементов микроэлектронных узлов, звукопрочод и четвертьволновые элементы выполняются из стали, прокладки — из агрессивностойкой резины, корпус — из фторопласта.

Работа устройства рассматривается в режиме потока газовой смеси через отверстия 7 в рабочей камере измерительного канала. Контроль скорости потока производится с помощью индикации разности фаз УЗ колебаний, распространяющихся по .направлению и против направления движения газовой среды в резонансном (для рабочей частоты УЗ колебания) объеме рабочей камеры.

Индикация фазы .в предлагаемом устройстве (фазовый детектор ) производится на участке (0 - ), где зависимость фазы от частоты М имеет линейный характер.

Устройство работает следующим образом.

964543

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока газовых сред, содержащий измерительный канал, два обратимых электраакустических преобразователя, подключенных к выходу генератора зондирующих импульсов и входам измерителя разности фаэ, и, выходное устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных воэможностей эа счет обеспечения измерения скорости потока агрессивных газовых сред и увеличения точности измерений, измерительный канал выполнен в виде трубы 15 постоянного диаметра с длиной,. кратной половине длины ультразвуковой волны, каждый обратимый электроакустический преобразователь снабжен эвукопроводом и закреплен в трубопроводе посредством пары четвертьволновых буферных элементов, а генератор зондирующих имупльсов выполнен в виде формирователя, один вход которого подключен к генератору непрерывных ультразвуковых колебаний,а другойк выходу генератора импулвсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 610012, кл. G 01 и 29/00, 1976.

2. Биргер Г.И., Бражников Н.И.

Ультразвуковые расходомеры. М., "Ме галлургия", 1964, с. 306 (прототип).

964543

Составитель Н. Бурбело

Редактор Л. Лукач Техред A.À÷ КорректорА. Гриценко

Заказ .7620/24 Тираж 887 Подписное .ВНИИПИ Государственного комитета СССР. по делам.изобретений и открытий

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

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