Ультразвуковой газоанализатор Советский патент 1984 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения состава газа,

Известен ультразвуковой газоанализатор, содержащий генератор, ультразвуковой преобразователь с акустическим волноводом и схему, приема и обработки сигналов JlJ .

Недостатком данного газоанализатора является низкая точность измерения и сложность измерений в широком интервале температур.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой газоанализатор, содержащий последовательно соединенные генератор, импульсный селектор, блок регулируемой задержки и устройство адаптивной задержки, выход которого соединен с входом генератора,, излучающий ультразвуковой преобразователь с акустическим волноводом, соединенный с выходом генератора, последовательно соединенные приемньй ультразвуковой преобразователь с акустическим волноводом и приемное устройство, выход которого соединен с вторым вхЬдом устройства адаптивной задержки.

Данное устройство позволяет измерять скорость ультразвука в газе. По полученным значениям скорости определяют состав газа 2 .

Недостатком известного устройства являются ограниченные функциональные возможности, связанные с тем, что определение концентрации с его помощью проводят лишь при незначительных колебаниях температуры контролируемой среды.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей устройства.

Эта цель достигается тем, что ультразвуковой газоанализатор, содержащий последовательно соединенные генератор, импульсный селектор, блок регулируемой задержки и устройство адаптивной задержки, выход которого соединен с входом гбнератора, излучающий ультразвуковой преобразователь с акустическим волноводом, соединенный с выходом генератора, последовательно соединенные приемный ультразвуковой преобразователь с акустическим вап14941I

новодом и приемное устройство, выход которого соединен с вторым входом устройства адаптивной задержки, снабжен последовательно сое 5 диненными датчиком температуры, функциональным преобразователем и управляющим элементом, последовательно соединенными преобразователем .частота-напряжение, вычитающим

10 блоком и индикатором, а устройство адаптивной задержки вьшолнено из последовательно соединенных RS-триггера, генератора нарастающего и генератора спадающего напря

Т5 жений и компаратора, причем выход управляющего элемента связан с вторым входом генератора спадающего напряжения, выход компаратора, являющийся выходом устройства адап20 тивной задержки, соединен с вторьпм входом генератора нарастающего напряжения и входом преобразователя частота - напряжение, причем входы S и R RS-триггера являются соот25 ветственно первым и вторым входами устройства адаптивной задержки, а второй вход блока вычитания предназначен для подачи опорного напряжения .

30 На чертеже представлена функциональная схема устройства.

Ультразвуковой газоанализатор содержит последовательно соединенные генератор 1, импульсный селек5 тор 2, блок 3 регулируемой задержки и устройство 4 адаптивной задержки, выход которой соединен с входом генератора, излучающий ультразвуковой преобразователь 5 с акустичес0 КИМ волноводом 6, соединенный с выходом генератора 1, последовательно соединенные приемный ультразвуковой преобразователь 7 с акусП1ческим волноводом 8 и приемное устройство

5 9, выход которого соединен с вторым входом устройства 4 адаптивной задержки, последовательно соединенные датчик 10 температуры, функциональньвй преобразователь 11 и управ0 ляющий элемент 12, последовательно соединенные преобразователь 13 частота - напряжение, вычитающий блок 14 и индикатор 15, а устройство 4 адаптивной задержки вьшолнено из

5 последовательно соединенных RS-триггера 16, генератора 17 нарастающего и генератора 18 спадающего напряжений и компаратора 19, причем

3 .

выход управляющего элемента 12 связан с вторым входом генератора 18 спадающего напряжения, выход компаратора 19, являющийся выходом устройства адаптивной задержки, соединен, с вторым входом генератора 17 нарастающего напряжения и входом преобразователя 13 частота - напряжение, причем входы S и R RS-триггера 16 являются соответственно первым и вторым входами устройства 4 адаптивной задержки, а второй вход блока 14 вычитания предназначен для подачи опорного напряжения.

Ультразвуковой газоанализатор работает следующим образом.

В цепи генератора 1, преобразователей Ь и / с акустическими волноводами 6 и 8, приемного устройства 9 и устройства 4 адаптивной задержки, выход которой соединен с управляющим входом генератора 1, устанавливаются автоколебания.

Период автоколебаний определяется задержкой сигнала в электрический цепях устройства, задержкой акустического импульса в волноводах 6 и 8 и в исследуемой среде, помещенной между волноводами, и задержкой -сигнала в устройстве 4 адаптивной задержки.

Часть энергии акустической волны, излученной в исследуемую среду, отражается от границы волновод среда, преобразуются акустическим преобразователем 5 в электрический сигнал, который вьщеляется с помощь импульсного селектора 2, задерживается блоком 3 на время, численно ра ное времени задержки сигналов в электрических цепях указанного синхрокольца с установившимися автоколебаниями и подается на S-вход RS-триггера 16.

Акустический сигнал, прошедший через исследуемую среду, принимается приемным преобразователем 7. Электрический сигнал с выхода последнего поступает на вход приемного устройства 9, в котором формируе ся сигнал с нормированной амплитудой и длительностью, который далее поступает на R-вход триггера 16. На выходе триггера 16 формируется прямоугольный импульс длительностью , равной времени прохождения акустического сигнала в контролируемой среде.

414

Импульс с выхода триггера 16 поступает на первый вход генератора 17 нарастающего напряжения, на выходе которого получают сигнал с амплитудой Ug К Г, где К постоянная интегрирования генератора 17.

Сигнал с выхода генератора 17 поступает на вход генератора 18

спадающего напряжения, на выходе

которого образуется сигнал убыванщего напряжения, спадающего до нуля за время е): , где К постоянная интегрирования генератора 18. В момент достижения сигна лом на выходе генератора 18 нулево го уровня срабатьтает компаратор 19. На его выходе образуется импульс, который сбрасывает в исходное состояние генератор 17 и запускает генератор 1.

Если выбрать 1, то частота автоциркуляций импульсов в синх-, рокольце установится равной |

F (К. (1)

На выходе датчика 10 температуры исследуемой среды получают сигнал

(2)

и.

Т,

-Ч

где Т - температура среды, у коэффициент, характеризующий чувствительность датчика,

Сигнал и поступает на вход

функционального преобразователя 11, на выходе которого получают сигнал

и , (3)

где К - константа.. Этот сигнал

поступает на вход управляющего элемента 12, который устанавливает ПОСТОЯННУЮ интегрирования К. генератора 18 равной

Kj (4)

Подставляя (4) в (1), получим

F (К. е„ ) (5)

-л

Учитывая, что с„ можно предста.вить в виде

ц е/с, (6)

где С - расстояние, проходимое ультразвуковой волной со скоростью с, а скорость звука в газах

С , (7) J где KE - константа, характерная для данного состава газа, то из (5), (6) и (7) следует Р.(., т.е. частота автоциркуляций в пред лагаемом устройстве не зависит от температуры среды и зависит от сос тава исследуемого газа. Частота автоциркуляций преобразуется в напряжение U при помощи преобразователя 13 и подается на п вый вход вычитающего блока 14, на второй вход которого подают опор1ное напряжение UQ. При изменении состава анализируемого газа от О до некоторого значения X, частота автоциркуляции изменяется в пределах от FQ до F, сигнал на выходе блока 14 - в пределах от О до U-U . Таким образом, индикатор 15 может быть проградуирован непосредственно в единицах концентрации анализируемой смеси газов. Использование изобретения позволяет расширить функциональные возможности устройства за счет измерения концентрации в условиях изменяющейся температуры контролируемой среды.

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГАЗОАНАЛИЗАТОР, Содержащий последовательно соединенные генератор, импульсный селектор, блок регулируемой задержки и устройство адаптивной задержки, выход которого соединен с входом генератора, излучающий ультразвуковой преобразователь с акустическим волноводом, соединенный с выходом генератора, последовательно соединенные приемный ультразвуковой преобразователь с акустическим волноводом и приемное устройство, выход которого соединен с вторым входом устройства адаптивной задержки, отличающийсяг тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он снабжен последовательно соединенными датчи- ком температуры, функциональным преобразователем и управляющим элементом, последовательно соединенными преобразователем частота напряжение, вычитающим блоком и ий- . дикатором, а устройство адаптивной задержки выполнено из последователь- но соединенных RS-триггера, генератора нарастающего и генератора спадающего напряжений и компарато- ра, причем выход управляющего элемента связан с вторым входом генератора спадающего напряжения, вы(Л ход компаратора, являкицийся выходом устройства адаптивной задержки, соединен с вторым входом генератора нарастающего напряжения и вхоg дом преобразователя частота - напряжение, причем входы S и R RS-триггера являются соответственно первым и вторым входами устройства адаптивной задержки, а второй вход блока вычитания предназначен для подаiu со чи опорного напряжения. ifi