Ультразвуковой термометр Советский патент 1989 года по МПК G01K11/24 

Изобретение относится к температурным измерениям и может найти применение при создании ультразвуковой контрольно-измерительной аппаратуры.

Цель изобретения - повышение точности измерения температуры газового потока, за счет уменыпения опгабки измерения, вызванной изменением параметров акустического контакта между волноводом и пьезоэлементом с течением времени или под воздействием высоких температур.

На чертеже представлена структурная схема ультразвукового термометра.

Ультразвуковой термометр содержит генератор 1 импульсов, подключенный к коммутатору 15, первый выход которого соединен с пьезоизлучателем 2, акустически связанным с пьезоприем- ником 3, выход которого подключен к последовательно соединенным фильтру 4, первому 5 временному селектору, пороговому устройству 6, формиро- йателю 7 временного интервала, первому 8 функциональному преобразователю и цифровому магнитофону 9, к первому выходу коммутатора подключен второй временной 10 селектор, выход которого подключен к последовательно соединенным пиковому детектору 11, усилителю 1,2, системе охлаждения 13 пьезопреобразователей, блок синхронизации 14 и коммутатор 15, компаратор 16, третий временной 17 селектор.

сл

00

О5 СП

соединенный последовательно с компаратором 18 и индикатором 19, управляющие входы коммутатора 5, генератора I импульсов, формирователя 7 временного интервала, первого 5 временного селектора, второго 10 временного селектора, третьего 17 временного селектора подключены к блоку синхронизации 14,

Ультразвуковой термометр работает следующим образом.

При включении устройства блок синхронизации 14, работающий в режиме автогенерации, вырабатывает очеред- Ной импульс, который запускает генератор импульсов 1, ставит.в исходное состояние коммутатор 15, первый 5, второй 10 и третий 17 временные селекторы, а также в единичное состояние формирователь 7 временного интервала. Коммутатор 15 пропускает им-у пульс на пьезоизлучатель 2, возбух- деннь1й импульсом, поступившим с 1-го выхода коммутатора 15, он излучает ультразвуковой сигнал, который проходит в исследуемой среде расстояние 1 и через время 7 поступает на пьезо приемник 3. Сигнал с пьезоприемника 3 приходит через фильтр 4 и посту- пает на первый 5 временной селектор, а с его выхода на вход порогового устройства 6 с заданным порогом срабатывания. Когда уровень сигнала на входе порогового 6 устройства пре- вышает заданный порог срабатывания, на его выходе вырабатывается импульс, который поступает на вход формирователя 7 временного интервала и переводит его в нулевое состояние. Сформированный интервал времени Т будет однозначно связан с измеряе-. мой скоростью звука, так как время прохождения ультразвуковым сигналом расстояние 1 между пьезоизлучателем и пьезоприемником однозначно связано со скоростью ультразвука в газовом потоке. Сформированный временной интервал функциональным преобразо вателем 8 преобразуется в значение скорости звука в газовом потоке, и это значение в цифровом виде передается на вход Запись цифрового магнитофона 9, Для поддержания темпе- ратуры пьезоизлучателя и пьезопри- енника постоянной используется схема авторегулирования расхода оклалщаю- щей жидкости, содержащая второй временной JO селектор, пиковый детектор

0

5

с 0

5 0 5 0 5 д 5

11, усилитель J2, систему охлаждения 13 преобразовалелей.

Схема автоматического контроля надежности акустического контакта между пьезоизлучателем и волноводом, а также между пьезоприемником и волноводом основана на постоянном слежении за величиной амплитуды ультразвукового сигнала, отраженного от торцов волноводов пьазоизлучателя 2 и пьезоприемника 3, Частота контроля надежности акустического контакта устанавливается с помощью коммутатора 15. Во время контроля сигнал с генератора импульсов 1 одновременно поступает на пьезоизлучатель 2 и пьезоприемник 3. Для анализа величины амплитуды временные селектора 10 и 17 пропускают только пятикратно отраженный сигнал. Это необходимо для временной развязки отраженного сигнала и электрической наводки от импульса, возбуждающего пьезопреобра- зователи. Отраженный сигнал, прошедший временной селектор 10 (17) поступает на вход компаратора 16 (18), где сравнивается с опорным напряжением, и в случае, если его величина окажется меньше опорного напряжения, срабатьшает индикатор 19, Величина опорного напряжения устанавливается при надежном контакте пьезоэлементов с волноводом, что можно легко определить с помощью осциллографа во время монтажа электроакустического канала. Таким образом, если с течением времени или под воздействием высокотемпературной окружающей среды изменяются параметры контакта, то соответственно уменьшится амплитуда отраженного сигнала и сработает сигнализация.

Все элементы устройства могут быть реализованы на стандартных микросхемах .

Ультразвуковой термометр позволяет повысить точность измерения тем- дературы газовой среды, что расширяет область его применения при построении АСУ сложных технологических процессов в химической промьшшеннос- ти и в энергетике.

Формула изобретения

Ультразвуковой термометр, содержа- пщй генератор импульсов, подключенный к пьезоизлучателю, акустически свя- за нному с пьезоприемникои, выход

которого подключен к последовательно соединенным фильтру, первому временному селектору, пороговому устройству, формирователю временного интервала, функциональному преобразователю и цифровому магнитофону, при этом пьезоизлучатель подключен к последовательно соединенным второму вре менному селектору, пиковому детекто- РУ усилителю, выход которого подключен к управляющему входу системы охлаждения, и блок синхронизации, управляющие выходы которого подклю- чёнь1 к управляющим входам генератора импульсов, первого и второго-вре мен- нах селекторов и формирователи временного интервала, о тличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьше- ния точности измерения,путем уменв шения ошибки измерения, вызванной -

изменением параметров акустического контакта между волноводом и пьезо- злементом с течением времени и под воздействием высокотемпературной окружающей среды, в него введены татор, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первый выход - к пьезойзлучателю и второму временному селектору, второй выход - к пьезоприемнику и третьему временному селектору, выход которого подключен к последовательно соединенным третьему компаратору и индикатору, Эыход второго временного селектора подключен к последовательно соединенным второму компаратору и индикатору, управляющие входы коммутатора и третьего временного селектора подключены к выходу блока синхронизации-.

Изобретение касается температурных измерений и может найти применение при создании ультразвуковой контрольно-измерительной аппаратуры. Цель изобретения - повышение точности измерения температуры газового потока, путем постоянного контроля надежности акустического контакта пьезоэлементов с волноводами. В ультразвуковой термометр введен коммутатор, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, первый выход - к пьезоизлучателю и второму временному селектору, второй выход - к пьезоприемнику и третьему временному селектору, выход которого подключен к последовательно соединенным третьему компаратору и индикатору. Выход второго временного селектора подключен к последовательно соединенным второму компаратору и индикатору. Управляющие входы коммутатора и третьего временного селектора подключены к выходу блока синхронизации. Введение в термометр дополнительных блоков позволяет следить за надежностью акустического контакта между волноводом и пьезоэлементом. 1 ил.