Ультразвуковой термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K11/24 

(Л

со

00

00

4

гч

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к ультразвуковым термометрам, и может найти применение при создании ультразвуковой контрольно-измерительной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры газовых потоков.

На чертеже приведена структурная схема ультразвукового термометра.

Ультразвуковой термометр содержит генератор 1 импульсов, подключенный к пьезоизлучателю 2, акустически связанному с пьезоприемником 3, выход которого подключен к последовательно соединенным фильтру 4, первому временному селектору 5, пороговому устройству 6, формирователю 7 временного интервала, первому функциональному преобразователю 8 и цифровому магнитофону 9. Выход генератора импульсов 1 подключен также к входу второго временного селектора 10, выход которого подключен к последовательно соединенным первому пиковому детектору 11, усилителю 12 и системе 13 охлаждения преобразователей, связанной с пьезоизлучателем 2 и пьезоприемником 3 ультразвука. Блок 14 синхронизации, управляющие выходы которого подключены к управляющим входам генератора 1 импульсов, первого 5 и второго 10 временных селекторов и формирователя 7 временного интервала. Второй пиковый детектор 15, подкюченный к последовательно соединенным дифференциальному усилителю 16 и второму функциональному преобразователю 17, первый выход которого соединен с вторым входом цифрового магнитофона 9, а второй выход - с вторым входом первого 8 функционального преобразователя 8. При этом первый вход дифференциального усилителя 16 подключен к выходу первого 11 пикового детектора, а вход второго 15 пикового детектора - к выходу первого временного селектора 5.

Ультразвуковой термометр работает следующим образом. При включении устройства блок 14 синхронизации, работающий в режиме автогенерации, вырабатывает очередной импульс, который запускает генератор 1 импульсов, ставит в исходное состояние первый 5 и второй 10 временные селекторы, а также в единичное состояние формирователь 7 временного интервала. Пьезо- излучатель 2, возбужденный импульсом, пос- тупивщим с выхода генератора 1 импульсов, излучает ультразвуковой сигнал, который проходит в исследуемой среде расстояние 1 и через время т поступает на пьезо- приемник 3. Сигнал с пьезоприемника 3 проходит через фильтр 4 и поступает на первый временной селектор 5, а с его выхода - на вход порогового устройства 6 с заданным порогом срабатывания. Когда уровень сигнала на входе порогового устройства 6 превышает заданный порог сра0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

батывания, на его выходе вырабатывается импульс, который поступает на вход формирователя 7 временного интервала и переводит его в нулевое состояние. Сформированный интервал времени т однозначно связан с измеряемой температурой, так как время прохождения ультразвуковым сигналом расстояния t между пьезоизлучателем и пьезоприемником однозначно связано со скоростью ультразвука в газовом потоке. В свою очередь скорость ультразвука в газовой среде однозначно связана с температурой газовой среды. Сформированный временной интервал т функциональным преобразователем 8 преобразуется в значение Т температуры газового потока и это значение в цифровом виде передается на вход «Запись цифрового магнитофона 9. Температура волноводов пьезоизлучателя и пьезоприемника в процессе измерения поддерживается постоянной, чем исключается паразитное изменение амплитуды акустического сигнала из-за изменения температуры волноводов пьезоприемника и пьезоизлучателя, что необходимо для измерения давления газа в зоне измерения и учете его непостоянства при определении температуры газового потока. Для этого производится слежение за величиной амплитуды ультразвукового сигнала, отраженного от торца волновода пьезоизлучателя 2 и корректировка расхода охлаждающей жидкости по величине указанного сигнала. Коррекция расхода охлаждающей жидкости производится с помощью системы 13 охлаждения преобразователей по величине амплитуды отраженного сигнала, поскольку его величина зависит от нагрева волновода пьезоизлучателя. При анализе- величины амплитуды второй временной селектор 10 пропускает только пятикратно отраженный сигнал. Это необходимо для временной развязки отраженного сигнала и электрической наводки от импульса, возбуждающего пьезо- излучатель 2. Отраженный от торца излучающего волновода сигнал после прохождения через второй временной селектор 10 и первый пиковый детектор 11 поступает на усилитель 12 и далее на управляющий вход системы 13 охлаждения преобразователей, где сравнивается с опорным сигналом, соответствующим определенной температуре нагрева волновода излучателя. Получаемый при этом разностный сигнал используется в исполительном механизме системы охлаждения преобразователей для регулирования расхода охлаждающей жидкости. Компенсация погрешности изменения температуры газового потока от изменения давления газа осуществляется путем его измерения одновременно с измерением скорости звука по величине амплитуды принятого ультразвукового сигнала.. Для этого на вход второго пикового детектора 15 поступает сигнал, прошедший через первый

временной селектор 5. С выхода второго пикового детектора 15 сигнал поступает на второй вход дифференциального усилителя 16, на первый вход которого подается сигнал с выхода первого 11 пикового детектора. Таким образом, на первый вход дифференциального усилителя 16 поступает сигнал, величина которого пропорциональна амплитуде сигнала, излучаемого в газовый поток (сигнал, отраженный от торца излучателя 2 пропорционален сигналу, излучаемому в газовый поток). На второй вход этого усилителя поступает сигнал с выхода второго пикового детектора 15, амплитуда которого пропорциональна амплитуде сигнала, излучаемого в газовый поток, и давлению газа в зоне измерения. На выходе дифференциального усилителя 16 вырабатывается сигнал, прямопропорцио- нальный давлению газа в зоне измерения, который подается на второй 17 функциональный преобразователь и преобразуется в цифровую величину, пропорциональную давлению газа в зоне измерения. Информация о давлении газа поступает на второй вход «Запись цифрового магнитофона и может быть использована самостоятельно, например, при обработке данных на ЭВМ. Со второго выхода второго функционального

преобразователя 17 информация о давлении газа передается на второй вход первого функционального преобразователя 8, где служит для коррекции коэффициента преобразования времени т задержки ультразвукового сигнала в газовой среде в температуру этой среды. Это позволяет уменьшить погрешность измерения темпе,ратуры воздушного питока до 6-8%.

Формула изобретения

Ультразвуковой термометр по авт. св. № 1241072, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения температуры газовой среды путем компенсации погрешности от изменения давления газа, в него дополнительно введены последовательно включенные второй пиковый детектор, дифференциальный усилитель и второй функциональный преобразователь, первый выход которого соединен с дополнительным входом

цифрового магнитофона, а второй выход - с дополнительным входом первого функционального преобразователя, при этом один из двух входов дифференциального усилителя подключен к выходу первого пикового детектора, а вход второго пикового детектора - к выходу первого временного селектора.

Изобретение относится к области температурных измерений. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры газовых потоков. На выходе усилителя 16 вырабатывается сигнал, прямо пропорциональный давлению газа в зоне измерения, который подается на преобразователь 17 и преобразуется в цифровую величину, пропорциональную давлению газа в зоне измерения. Информация о давлении поступает на вход «запись магнитофона. Со второго выхода преобразователя 17 информация о давлении передается на вход преобразователя 8, где служит для коррекции коэффициента преобразования времени задержки ультразвукового сигнала в газовой среде в температуру этой среды. Это позволяет уменьшить погрешность измерения температуры воздушного потока. 1 ил.