Способ определения температуры Советский патент 1988 года по МПК G01K11/24 

со

о

1C

to

Изобретение относится к технике измерения температуры и может быть использовано для измерения температуры газовых сред до 5000 К.

Цель изобретения - повьшение точности и улучшение пространственного разрешения при определении температуры среды.

Сущность изобретения заключается в dлeдyioщeм. При изменении температуры изменяется длина звуковой волны, проходящей через среду, а следовательно , и дифракционная расходимость волны. При этом отношение амплитуды сферической волны к амплитуде плоской волныS поступающих на приемник, является однозначной функцией температуры

На фиг о 1 показана схема устройст- за5 реализующего предлагаемый способ на фиг„2 - зависимость отношения амплитуды сферической волны к амплитуд плоской волны от расстояния между излучателем и приемником и от скорости звукаI на фиг.З - зависимость температуры среды от отношения /А где AJJ амплитуды сферическрй и плоской волн при опорной температуре; А и А - амплитуды сферичес- кой и плоской волн при измеряемой температуре, .

Устройство содержит последовательно соединенные синхрогенератор 1, генератор 2 модулируюгад-п : импульсов, мо дулятор 3, ультразвзт ОБОЙ излучатель 4, ультразвуковой приемник 5, усилитель 6, триггер 7, ключи 8-11, генераторы 12 и 13 заполнения, амплитудные детекторы 14 и 15j цифровые индикаторы 16 и 18, аналого-цифровые преобразователи 17 и 19.

Устройство работает следующим образом о

Синхрогенератор 1 выра.батьшает синхроимпульсы с периодом Т повторения, которые поступают на вход триггера 7 и генератора 2 модулирующих импульсов, который в 1рабатьюает прямоугольные импульсы длительностью

, Эти импульсы поступают на первый вход модулятора 3. В зависимости от положения триггера 7 открыты ключи 8 и 10 и закрыты ключи 9 и 11 или наоборот. Соответственно на второй вход модулятора поступают сигналы с выхода генератора 12 колебаний заполнения с частотой F, через ключ 8 или с генератора 13 колебаний запол

5

0 5 0

5 0

5

0

с

нения с частотой F через ключ 9. Причем F 5 F,. С выхода модулятора 3 радиоимпульсы подаются на уль- тразвутсовой излучатель 1 , который излучает ультразвуковой радиоимпульс в исследуемую среду. Частоты F«, F выбраны такими, что при частоте F, излучается сферическая ультразвуковая волна, а при F - плоская, Ульт- разв лковой приемник 5 принимает ультразвуковой импульс, преобразует его в злектрический, который усиливается усилителем 6 и поступает на входы ключей 0 и 11. Радиоимпульс зависимо от положения триггера 7 проходит через ключ 10 или 11 и попадает на вход одного из амплитудных детекторов 14 или 15« С выхода амплитудного детектора сигнал попадает на вход аналого-цифровых преобразователей 17 и 19, с выхода которого цифровая информация об амплитуде сигнала подается на соответствующий цифровой индикатор 16 или 18. При каждом син- хрои1у пульсе меняется режим излучения ультразвуковых волн. Режим излучения и измерения амплитуды сферических волн чередуется с режимом излучения и измерения амплитуды плоских ультразвуковых волн. Измерения проводят при известной и измеряемой температурах газовой среды, записывают показания индикаторов 16 и 18 соответственно А, А и А, А о температуре газа судят по зависимости (фиг.З). В устройстве использованы зшьтразвуковые прямоугольные преобразователи с размерами сторон 4x2 мм. Расстояние 7 между преобразователями равно А мм. Зависимость отношения среднего давления Р сферической волны к среднему давлению Р плоской . волны от расстояния Z и -скорости С ультразвука в воздухе при частоте F 250 кГц (фиг.2), рассчитанная из интеграла Релея для прямоугольных преобразователей 42 мм, показывает, что амплитуда сферической волны с изменением скорости ультразвука (температуры газа) при фиксированном расстоянии между преобразователями существенно меняется. Если при известной температуре (290 К) обозначим ее через Ад, то нормированная амплитуда сферической волны А/А меняется в диапазоне от 0,433001 до 1 при изменении температуры от 290 - 5600 К. На этой основе на фиг.З показана зависимость температуры газа (воздуха) от соотношения амплитуд А/Ад/А /А, по которой определяют температуру газа. Период повторения синхроимпульсов (Т) равен . Генератор модулирующих импульсов вырабатьюает импульсы длительностью с, которая выбирается из условия

Т 3Z

С .c

- максимальное

значение скорости ультразвука в газе при максимальной температуре. Для воздуха при температуре 5600 К 1500 m/S; 8 мкс. Это условие исключает возможность возникновения режима стоячих волн между излучателем и приемником. Частоты сигналов, генерируемых генераторами 12 и 13 колебаний заполнения (F 250 кГц и F 1,25 МГц), выбираются из условия излучения ультразвуковым излучателем сферической и плоской волн соответственно. Ультразвуковой излучатель в режиме излучения сферических волн возбуждается радиоимпульсом с частотой заполнения F, 250 кГц на первой толщинной моде, а в режиме излучения Плоских волн с частотой заполнения F 1,25 М ц - на пятой толщинной

0

моде. Амплитуды принятых ультразвуковых радиоимпульсов при измеряемой температуре как сферической, так и плоской ультразвуковых волн нормируются относительно соответствующих амплитуд при известной температуре газа с целью исключения погрепшостей измерения температуры из-за неодинаковых коэффициентов передачи электроакустического тракта при разных частотах Р. и F,, а также из-за изме 1

нения акустического импеданса газа с изменением температуры среды. Сле- довательно, -устройство является инвариантным по отношению к изменяющимся условиям измерения.

Формула изобрете ния

Способ определения температуры посредством зондирования среды звуковыми волнами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности

и улучшения пространственного разрешения, среду зондируют плоской и сферической звуковыми волнами, измершот их амплитуды и по величине отношения измеренных амплитуд определяют температуру среды.

Изобретение относится к технике измерения температуры. Цель изобретения - повышение точности и улучшение пространственного разрешения при определении температуры среды. При изменении температуры изменяется длина звуковой волны, проходящей через среду, а следовательно, и дифракционная расходимость волны. Отношение амплитуды сферической волны к амплитуде плоской волны, поступающей на приемник , является однозначной функцией температуры. 3 ил..

а 12 г,мп

ttm

т

sum

то

О.Ч U,S ejS 0,7 g,S 0,3 А I tPuf.S

A J