Струйно-акустический датчик температуры Советский патент 1985 года по МПК G01K11/26 

Изобретение относится к области термометрев и может быть использовано для измерения температуры газовых потоков.

Целью изобретения является расширение диапазона измеряемых температур.

На фиг. 1 показана схема проточной части предлагаемого датчика; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - зависимость относительной амплитуды выходного сигнала от относительного диаметра камеры - звукопровода; на фиг. 4 - проточная часть; на фиг. 5 - зависимость выходного сигнала датчика - относительной частоты - для двух форм выходного канала от отношения давлений на устройстве в целом.

Устройство содержит суживающееся сопло 1 с профилированным насадком , цилиндрический резонатор 2, помешенные в камеру 3 с выходным суживающе-расширяюши.мся каналом 4 и преобразователем 5 пульсаций давления.

Устройство работает следуюшим образо.м.

При создании минимального потребного для функционирования датчика отношения давлений Fig Pi/Pj на выходном канале 4 устанавливается близкое к критическому отношение давлений Г1вы)г Pg/Pj . Благодаря тому, что плошадь минимального сечения выходного канала 4 превышает площадь среза сопла 1, на выходе из сопла возникает- сверхзвуковое истечение недорасширенной газовой струи с характерными «бочкообразными структурами скачков уплотнения. За счет взаимодействия газовой струи с резонатором 2 возникают высокочастотные колебания давления, которые распространяются из зоны взаимодействия вдоль камеры 3 и воспринимаются преобразователем 5 импульсаций давления. В преобразователе, обычно пьезоэлектрического типа, пульсации давления преобразуются в электрические импульсы, частота следования которых связана с температурой торможения газовой струи соотношением f СУт

Расположение преобразователя пульсаций давления на глухом конце камерьЕ большого удлинения (d//l 10) позволяет при измерении высоких температур вынести его в зону пониженной температуры и сохранить работоспособность датчика.

С другой стороны известно, что при передаче акустического сигнала по звукопроводу его амплитуда падает с увеличением относительной длины звукопровода 1/d. Проведенные эксперименты по опредению затухания амплитуды сигнала струйноакустического датчика представлены на фиг. 3. Как показали эти исследования, при отношении длины камеры к ее диаметру 10:1, относительное падение амплитуды менее 10%, а при 1/d 100:1 амплитуда уменьшается в 2,5 раза. Так как при этом абсолютные значения амплитуды сигнала достигают уровня 200 mv, а приемлемое значение входного сигнала для устойчивой работы вторичной аппаратуры lOmv 15 (А 0,05- 0,075), то максимальное удлинение камеры - звукопровода следует ограничить (см. фиг. 2).

Расположение выходного отверстия камеры, играюш.его роль стабилизатора отношения давлений на сопле, в боковой стенке камеры не создает препятствий в передаче акустического сигнала по камере-звукопроводу из зоны генерации к преобразователю пульсаций давления. Выполнение выходного отверстия в виде суживающерасширяющегося канала позволяет уменьшить потери полного давления при течении газа и повышает экономичность устройства в целом.

Проведены испытания модели осесим.метричного струйно-акустического датчика температуры, проточная часть которого показана на фиг. 4. Датчик работает на частотах от 2 до 8 кГц в зависимости от длины резонатора L с амплитудой сигнала преобразователя, помещенного на конце камерызвукопровода длиной 1000 мм при внутреннем диаметра 10 мм (удлинение l/d 100) от 150 mv при f 3 кГц до 30mv при f 6 кГц. Зависимости относительной частоты выходного сигнала от отношения давлений для двух видов выходного канала (фиг. 5) показывают, что минимальное потребное отношение-давлений для достижения погрешности по частоте датчика меньше 1%, соответственно равно для суживающе-расширяющегося канала мкы ,0, для выходного отверстия ,0.

5

СТРУЙНО-АКУСТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ТЕМПЕРАТУРЫ, содержащий входное сужающееся сопло с профилированным насадком, цилиндрический резонатор, размещенный напротив входного сужающегося сопла, и преобразователь пульсаций давления, размещенные в камере с выходными отверстиями, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых температур, камера снабжена регулируемым по длине цилиндрическим насадком, соосным с входным соплом и цилиндрическим резонатором, при этом преобразователь пульсаций давления установлен на глухом конце цилиндрического насадка, а выходные отверстия выполнены на боковой стенке камеры. (Л О5

,,