Акустический термометр Советский патент 1988 года по МПК G01K11/24 

й.

ел

О 00

Изобретение относится к контактной термометрии и может быть использовано во всех областях народного хозяйства, требующих измерения температуры с высокой точностью.

Цель изобретения - повьшение точности измерений.

На фиг.1 изображена блок-схема , акустического термометра; на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, Акустический термометр содержит

резонатор 1, согласующее звено 2,

линию 3 связи, ультразвуковой преоб- разователь 4, генератор 5 непрерывных колебаний, модулятор 6, первый усилитель-ограничитель 7, схему 8

защитьц первый ключ 9,, схему 10 за- пуска принятым сигналом, первый фор мироваталь 11 строб-импульсов, форми- рователь 12 интервала, схему 13 за- , пуска, второй формирователь 14 строб- импульсов, первую 15 и вторую 16 схе- мы совпадения, второй усилитель-ограничитель 17, интегратор 18 импульсов, первую схему 19 стробирования, пер- вый компаратор 20, второй ключ 21, интегратор 22 сигнала расстройки, схему -23 установки фазы, схему 24 управления частотомером, третью схему 25 совпадения, частотомер 26, преобразователь 27 кода, регистратор 28, мультивибратор 29 с коммутирующим , устройством (МВКУ), детектор 30, первый 31 и второй 32 ключи, сигнала, первый 33 и второй 34 интеграторы , сигнала, формирователь 35 интервалов, вторую схему 36 стробирования, аналоговое делительное устройство 37, второй компаратор 38 и третий спюч 39. Термометр работает следующим обра з ом .

После включения термометра через ключ 39 с МВКУ 29 на вход интегратора 22 сигнала расстройки поочередно подается полою-гтельное или отрица- тельное напряжение от источника пи- гания, что обеспечивает плавное изменение напряжения на выходе интегратора 22 и перестройку частоты генератора 5 по всему заданному диаметру, сигнал с которого модулируется в модуляторе 6, преобразуется преобразователем 4 в акустический сигнал, проходящий по линии связи и отражающийся от резонатора 1,

Отра кенный эхо-сигнал преобразует ся из акустического в электрический

в преобразователе 4 и поступает на входы усилителя-ограничителя 7 и детектора 30 (фиг.2а). С выхода детектора 30 сигнал (фиг.26) поступает на входы ключей 31 и 32 сигнала. Эти ключи вьщеляют две группы заданного числа полупериодов (ПП1 и ПП2) эхо- сигнала до и после момента времени

t (фиг.2а). Количество выделяемых ключами 31 и 32 полупериодов одинаково и задается импульсами с выхода формирователя 35 (фиг.2д,ж), положение которых на оси времени задается

счетчиками в составе того же блока, запускаемь:ми импульсом с выхода схемы 10 запуска и формирующими счетом импульсов с выхода усилителя-ограничителя 7 интервалы времени (фиг.2в,

г) от момента прихода эхо-сигнала до включения ключей 31 и 32.

Спад второго импульса (фиг.2ж) запускает схему 36 стробирования, которая своим импульсом (фиг.2л) стробирует компаратор 38,

Группь полупериодов с выходов ключей 31 и 32 (фиг.2е,з) интегрируются соответственно интеграторами 33 и 34 (фиг,2и,к), а выходы последних (их

выходные напряжения в результате ин-,. тегрирования соответственно и U) подключены к входам аналогового делительного устройства 37J выходное напряжение которого пропорционально отношению входных напряжений 1,.

Если это отношение и, соответственно, выходное напряжение устройства 37 превыщает заранее заданное в компараторе 38 значение, на выходе последнего по стробу схемы 36 формируется прямоугольный импульс (фиг.2м), переключающий ключ 39 5 в результате чего ключ 39 подключает вход интегратора 22 (через ключ 21) к выходу интегратора 18. Таким образом, термометр переходит в режим точной настройки и поддержания частоты генератора 5, равной частоте резонанса резонатора 1. Если частота сигнала генератора 5 существенно отличается от резонансной частоты резонатора 1, амплитуда эхо-сигнала после t(свободные колебания резонатора) будет много меньше, и отношение Uj/U и выходной сигнал устройства 37 устанавливаются ниже заданного порога срабатывания компаратора 38 и в этом случае на его выходе импульс (фиг.2м) отсутствует, т.е. заданием значения порога сраба

3к

тывания компаратора .38 и, соответственно, отношения Ufl/и устанавливается зона перехода от грубого поиска к режиму точной настройки, который обеспечивается блоками 11-25. Причем использование аналогового делительного устройства 37 сводит к миним му влияние измененияй амплитуды эхо-сигнала, которые могут быть вызваны эксплуатационными факторами (изменением затухания в линии связи) или при смене резонатора с линией связи.

При случайном отклонении частоты генератора 5 от резонансной более чем задано допуском для режима точной настройки срабатывает компаратор 20, стробируемый схемой 19 по спаду строба второй группы с выхода формирователя 14, и своим сигналом переключает ключ 39. В этом случае пос- ледний соединяет выход МВКУ 29 с входом интегратора 22 и термометр переходит в режим грубого поиска резонанса. Компаратор 20 представляет собой двухуровневый компаратор, а элементы установки положительного и отрицательного уровней входят в состав компаратора.

Введение новых элементов в предлагаемый акустический термометр обеспечивает автоматическую настройку на резонансную частоту чувствительного элемента, исключает ложные настройки за пределами резонансной частоты, что повьшает точность измерения. Возможность работы в режиме грубой и точной настройки повьшает устойчивость схемы в целом к воздействию различного рода дестабилизирующих факторов.

Кроме того, уменьшается критичность схемы к характеристикам чувствительного элемента (добротность резонатора) , что особенно существенно при смене датчиков на объекте измерения, а также при существенных изменениях условий эксплуатации: плотности рабочей среды, повышении температуры до диапазона интенсивного зернограничного проскальзывания в материале чувствительного элемента.

Формула изобретения

Акустический термометр, содержащий резонатор, подключенный через согласующе е звено к линии связи, соединенной с преобразователем, модуля508

тор, генератор непрерывных колебаний, два yci-шителя-ограничителя, два ключа, два формирователя строб-импульсов, три схемы совпадения, схему запуска, схему запуска принятым сигналом, схему защиты, формирователь интервала, схему установки фазы, интегратор сигнала расстройки,

10 интегратор импульсов, схему управления частотомером, частотомер, к первому выходу которого подключены - преобразователь кода с регистратором, вход преобразователя соединен с выхо15 дом модулятора, первый вход которого соединен с выходом генератора непрерывных колебаний, входом частотомера и входом второго усилителя-ограничителя, выход преобразователя соединен

2Q с первым входом первого усилителя- ограничителя, выход второго усилителя-ограничителя соединен с первым входом первой схемы совпадения и инвертирующим входом второй схемь сов25 падения, к вторым входам первой и второй схем совпадения подключены соответственно выходы первого и второго формирователей строб-импульсов, выходы первой и второй схем совпаде30 иия соединены соответственно с прямьш

и инвертирующим входами интегратора импульсов, выход первого усилителя- ограничителя подключен к входу первого ключа, выход которого соединен с входом схемы установки фазы генератора, третьими входами первой и второй схем совпадения, входом схе-. мы запуска принятым сигналом и счетными входами формирователей строб- 40 импульсов, выход схемы запуска принятым сигналом соединен с управляю- . щими входами первого формирователя строб-импульсов и формирователя интервалов, выход которого через схему 4g запуска подключен к управляищему входу второго формирователя строб-импульсов , съемный вход формирователя интервала соединен с выходом второго усилителя-огра1шчителя, выход схемы gQ установки фазы соединен с входом управления фазой генератора непрерывных колебаний, выход интегратора сигнала расстройки соединен с входом управления частотой генератора непресс рывных колебаний, вход схемы управления частотомером соединен с выходом интегратора импульсов, выход схемы управления частотомером через третью схему совпадения соединен с входом

35

5 14 запуска частотомера и управляющим входом модулятора, первьй вход второго ключа соединив с выходом интегра- ;тора импульсов, второй вход второго 1 ключа соединен с третьим выходом i частотомера, управляющий выход второI го ключа соединен с вторым входом третьей схемы совпадения, второй выход модулятора соединен с входом схемы ззщ1- ты, выход которой соединен с вторым входом первого усилителя- ограничителя, второй вход модулятора соединен с вторым выходом частотомера, отличающийся тем , что, с целью повьшения точности измерений, в него введены два компаратора а две схемы стробирования, третий, ключ, два ключа сигнала два интегратора Сигнала, аналоговое делительное устройство, детектор, формирователь интервалов и мультивибратор с коммутирующим устройством, подключенные к первому входу третьего ключа, соединенного своим выходом с входом интегратора сигнала расстройки, второй вход третьего ключа соединен , с выходом второго ключа, вход управ- }ления которого соединен с выходом I первой схемы стробирования и первым ; входом первого компаратора,, второй вход рсоторого соединен с выходом ;интегратора импульсов, вькод первого KoivEnapaTopa соединен с первым вхо0

5

OSI 6

дом управления третьего ключа, вход первой схемы стробнрования соединен с выходом второго фор1-4ирователя f- строб-импульсов, вход детектора соединен с выходом преобразователя, выход детектора через первьй и второй ключи сигнала соединен соответственно с первыми входами первого и второго интеграторов сигнапла, выход пер вого интегратора сигнала соединен с входом делителя аналогового делительного устройства, а выход второго интегратора сигнала соединен с входом делимого аналогового делительного устройства, выход которого соединен с первым входом второго компаратора, выход которого соедннен с вторым входом управления третьего ключа, первый и второй выходы формирователя интервалов соединены с входаш управления соответственно первого я второго ключей сигнапа, входы счета и запуска формирователя интервалов соединены соответственно с выходом второго усилителя-ограничите ,ля и выходом схемь запуска принятым I сигналом, выход второй схемы строби- ;рования соединен с вторым- входами шттеграторов сигнала и вторым вхо- дом второго компаратораS вход второй схемы стробирования соединен с первым выходом формирователя интерва ЛОВ .

3

Изобретение относится к области контактной термометрии и может быть использовано во всех областях народного хозяйства, требующих измерения высоких температур. Цель изобретения повьшение точности измерения, расширение функциональных возможностей, исключение ложных настроек. Сигнал с выхода генератора 5 после преобразования в преобразователе в синусоидальную форму подается на вход модулятора 6 для формирования радиоимпульса, который поступает в линию связи 3 и отражается от резонатора I. Отраженный сигнал с выхода усилителя- ограничителя 7 запускает формировате,- ли строб-импульсов П и 14, интегратор сигнала расстройки определяет разность фаз между выделенными периодами отраженного сигнала. Разность фаз измеряется частотомером 26, преобразователем 27 кода преобразуется в вегшчину, пропорциональную измеряемой температуре, и регистрируется регистратором 28. 2 ил. (Л с

Лл ллАГШАААА