Устройство для измерения температуры газовых сред Советский патент 1984 года по МПК G01K11/24 

Изобретение относится к температурным измерениям и предназначено для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков. Известно устройство для измерения температуры газовых сред, содержащее генератор импульсов, подключенный к неподвижному волноводному излучателю акустически связанному с приемником акустических колебаний. Температура газовой среды в этом устройстве вычисляется при помощи вычислительного устройства по времени прохождения ультразвуковой волны С1. Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устрой ство для измерения температуры газовых сред, содержащее генератор импульсов, первым выходом подключенный к волноводному излучателю, волновод ный приемник акустических колебаний, подключенный к входу первого приемни ка, первый триггер, первый вход кото рого соединен с выходом блока задерж ки, а выход подключен к входу первого интегратора, последовательно соединенные второй интегратор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, выход которой подключен к управляющим входам интеграторов, частотомеру и первому управляющему входу генератора импульсов, первый селектор. В этом устройстве для распространения ультразвукового импульса через исследуемую среду определяется как разность . (il -8 где tjj - суммарное время прохождения ультразвукового импульса , через звуколроводы и исследуемую среду; tg - время распространения импул са через излучающий волновод, а температура газовой среды определя ется по частоте следования импульсов генератора, измеряемой частотомером С23. Недостатком известного устройства является низкая точность измерений, обусловленная тем, что компенсация времени распространения импульсов через излучающий и приемный волноводы происходит в излучающем волноводе в предположении,что оба волновода одинаковы. Однако практически невозможно изготовить волноводы одинаковыми и учесть их температурную неоднородность при нагреве, что приводит к дополнительным погрешностям. Целью изобретения является повьшение точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что в устройство для измерения температуры газовых сред, содержащее генаратор импульсов, первым выходом подключенный к волноводному излучателю, волноводный приемник акустических колебаний, подключенный к входу первого приемника, первьй триггер, первый вход которого соединен с выходом блока задержки, а вызсод подключен к входу первого интегратора, последовательно соединенные второй интегратор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, выход которой подключён к управляюшрнм интеграторов, частотомеру и первому управляющему входу генератора импульсов, первый селектор, введены вторые приемник и селектор, второй и третий триггеры, блок вычисления, преобразователь напряжения в импульсный сигнал,, третий и четвертый интеграторы,вход которых соединен с выходами второго и третьего триггеров соответственно, управля ощие входы подключены к выходу схемы сравнения, а выходы - к первому и второму входам блока вычисления, третий вход которого соединен с выходом первого интегратора, а выход через преобразователь напряжения в импульсный сигнал подключен к входу второго интегратора и второму входу сравнения, при этом первый выход генератора импульсов подключен к входу блока задержки, первому входу второго триггера и через вторые приемник и селектор - к вторым входам йервого и второго триггеров, а выход первого приемника соединен с вторым управляющим входом генератора,импульсов и через первый селектор подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора импульсов и входом первого приемника. На чертеже приведена структурная схема предлагаемого устройства. Устройство содержит генератор 1 импульсов, излучатель 2 акустических колебаний с волноводом 3 приемник акустических колебаний, включающий в себя волновод 4, преобразователь 5 акустических колебаний в электрический сигнал, первый приемник 6, первый триггер 7, блок 8 задержки, первый интегратор 9, второй интегратор 10, генератор 11 пилообразного напряжения, схему 12 сравнения, частотомер 13, первый селектор 14, второй приемник 15, второй селектор 16, второй тригге р 17, третий триггер 18, блок 19 вычисления преобразователь. 20 напряжения в импульсный сигнал, третий интегратор 21 и четвертый интегратор 22. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени генера тор 1 импульсов создаёт импульс напряжения, который возбуждает излучатель 2 и одновременно прступйет на первый вход триггера 17 и через приемник 15 запускает селектор 16. Кром того, через блок 8 задержки этот импульс поступает на первый вход триггера 7. Во врёмй действия электрического импульса излучатель 2 возбуж дает в волноводе 3 импульс, ко торый торцом этого волновода излучается в исследуемую среду. Некоторая часть энергии излучаемых ультразвуковых колебаний отражается от границы волновод-исследуемая среда из-за различия акустических 1 мпедансов волновода и среды. Акустический импульс излучателем 2, в качестве Которого используется обратный преобразователь, преобразуется в электрический сигнал селектируется селектором 16 и поступает на второй вход триггера 17. ТаКИМ образом, на выходе триггера 17 формируется прямоугольный импульс с амплитудой Up и длительностью 2 (Где f - время прохождения импульса по первому волноводу 3). Этот импуль подается на третий интегратор 21, на выходе которого образуется импульс, амплитуда которого равна t 1 5

Возбужденные ультразвуковые волны распространяются по исследуемой среде, принимаются приемником акустических колебаний, в котором преобрат зователем преобразуется в электрический сигнал и поступают на приемник 6, в котором они усиливаются и нормируются по длительности и амплитуде. Импульс с выхода приемника 6 запускает селектор 14 и генератрр 1 импульС выходов интеграторов 9, 21 и 22 напряжения поступают на входы блока 19 вычисления, на выходе которого формируется напряжение

(6)

Затем это напряжение подается на преобразователь напряжения в импульсный сигнал 20, который формирует импульс с амплитудой, равной U., и длисов. Со второго выхода генератора 1 импульсов электрический импульс поступает на преобразователь 5 и первый вход триггера 18. Во время действия электрического импульса преобразователь 5 возбуждает в акустическом волноводе 4 импульс, который излучается в исследуемую среду. Отраженный от торца волновода 4 импульс селектируется селектором 14 и поступает на другой вход триггера 18. В результате на выходе триггера 18 формируется прямоугольный импульс с амплитудой Ug и длительностью 2f2 (где i: - время прохолздения импульса по волноводу 4). Этот импульс подается на четвертый интегратор 22, на выходе которого образуется импульс, амплитуда которого равна U, Прошедшие через исследуемую среду ультразвуковые волны преобразуются преобразователем 2 в электрические сигналы и поступают на приемник 15, где они усиливаются и нормируются по амплитуде и длительности. С выхода приемника 15 импульс поступает на вход селектора 16, селектируется и поступает на Z вход триггера 7. На выходе триггера 7 формируется прямоугольный импульс, длительность которого равна ro 2T +2tr2+2rj,, (4) где - время задержки в исследуемой среде. Этот импульс подается на первый интегрйтор 9, на выходе которого образуется импульс, амплитуда которого равна . U3-JUgdt Ue(2,.2jr, (S теяьиостью f, пропорциональной амплитуде и. Этот импульс поступает на вход интегратора 10, на выходе которого формируется напряжение , К - постоянный коэффициент. Сигнал с выхода интегратора 10 поступает на вход генератора 11 пило образного напряжения, который после окончания интегрирования по сигналу с преобразователя 20 формирует линей но убывающее напряжение, изменянлцееся от максимального значения Uj-до нуля. В момент, когда напряжение на выходе генератора 11 достигает нулевого значен1Зд, схемы 12 сравнения вырабатьшает импульс, который запускает генератор 1 импульсов по первому входу и устанавливает интеграторы 9, 10, 21 и 22 в начальное состоя ние. Период одного цикла измерения равен Т, г„4г.оси,г;; , (8) постоянный коэффициент} время задержки сигналов в электрических цепях. Частотомер 13 измеряет частоту следования импульсов на выходе схемы 12 сравнения, которая при «ilfe Со равна с- - 1 , При выполнении условия oiU,--V- , ,где 1о - расстояние между торцами волноводов, частота следования импульсов FQ прямо пропорциональна температуре измеряемой среды. Наличие новых элементов и.связей в предлагаемом устройстве позволяет устранить недостатки, присущие известному устройству. В предлагаемом устройстве компенсация времени распространения акустических импульсов через волноводы происходит посредством вычитания времени, необходимого для прохождения зондирующим и первым отраженном от рабочего торца импульсами в излучающем и приемном волноводах из удвоенного времени прохождения акустической волны через волноводы и исследуемую среду. В результате этого разница в геометрических размерах волноводов и их акустических характеристик не сказывается на точность измерений, которая в этом случае определяется только точностью измерений базового промежутка рабочими торцами волноводов. Кроме того, предлагаемое устройство позволяет снизить требования к точности изготовления волноводов, что снижает их стоимость, а также позволяет использовать при работе волноводы разной длины, что необходимо при затрудненном доступе к объекту измерений.

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ГАЗОВЫХ СРЕД, содержащее генератор импульсов, первым выходом подключенной к излучателю, приемник акустических колебаний, подключенный к входу первого приемника, первый триггер, первый вход которого соединен с вь1ходом блока задержки, а выход подключен к входу первого интегратора, последовательно соединенные второй интегратор, генератор пилообразного напряжения и схему сравнения, выход которой подключен к управляющим входам интеграторов, частотомеру и первому и управляющему входу генератора импульсов, первый селектор, отличающе е,ся тем, что, с целью повьшения точности измерений. в него введены вторые приемник и селектор, второй и третий триггеры, блок вычисления, преобразователь напряжения в импульсный сигнал, третий и четвертый интеграторы, входы которых соединены с выходами второго и третьего триггеров соответственно, управляющие входы подключены к выходу схемы сравнения, а выходы - к первому и второму входам блока вычисления, третий вход которого соединён с выходом первого интегратора, а выход через преобразователь напряжений в импульсный сигнал подключен к входу второго интегратора и второму входу схемы сравнения,, при этом первый выход генератора импульсов подключен (Л К входу блока задержки, первому входу второго триггера и через вторые приемник и селектор - к вторым вхо§ дам первого и второго триггеров, а выход первого приемника соединен с вторым управляющим входом генератора импульсов и через первый селектор подключен к первому входу третьего триггера, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора им05 пульсов и входом первого приемника. со