Устройство для определения скорости ультразвука Советский патент 1990 года по МПК G01N29/00 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения молекулярной массы газов, газообразных веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях, и для анализа состава газов с помощью ультразвука.

Цель изобретения - увеличение точности измерений при анализе состава газов путем линейной зависимости результата измерения от молекулярной массы газов.

На чертеже представлена блок-схема устройства.

Устройство содержит в измерительном канале последовательно соединенные счетчик 1 импульсов, управляемое сопротивление 2, интегрирующий видеодетектор 3, формирователь 4 импульсов, синхронизируемый генератор 5. регулируемый усилитель 6, генератор 7 импульсов, излучающий преобразователь 8, приемный преобразователь 9, линейный усилитель 10, блок 11 привязки уровня, детектор 12, усилитель 13 постоянного тока, а также усилитель 14. Устройство содержит также последовательно соединенные первый вычитающий счетчик 15, двухвходовый элемент И 16, счетчик-индикатор 17, последовательно соединенные кварцевый генератор 18, второй вычитающий счетчик 19 и делитель 20 частоты. В эталонном канале устройство содержит последовательно соединенные счетчик 21 импульсов, управляемое сопротивление 22, интегрирующий видеодетектор 23, формирователь 24 импульсов, синхронизируемый генератор 25, регулируемый усилитель 26, генератор 27 импульсов, излучающий преобразователь 28, приемный преобразователь 29, линейный усилитель 30, блок 31 привязки уровня, детектор 32, усилитель 33 постоянного тока, а также усилитель 34. Причем второй выход счетчика 1 соединен с первым входом вычитающего счетчика 15, второй выход генератора 7 импульсов соединен с вторым входом счетчика 21, второй выход суетчика 21 соединен с первым входом второго вычитающего счетчика 19, второй выход генератора 27 соединен с вторым входом счетчика 1.

Устройство работает следующим образом.

В контролируемом канале синхронизируемый генератор 5 вырабатывает электрический импульс, который пройдя через регулируемый усилитель 6 и генератор 7 импульсов, усиливается и поступает на излучающий преобразователь 8, который преобразует его в акустический импульс.

Акустический импульс после прохождения исследуемой среды принимается приемным преобразователем 9, преобразуется в электрический импульс, усиливается усилителем 14, детектируется интегрирующим видео детектором 3, формируется формирователем 4 и вновь поступает на вход синхронизируемого генератора 5, вызывая

повторный цикл автоциркуляции электроакустических импульсов в синхрокольце. При этом синхроимпульсы с второго выхода генератора 7 поступают на вход

счетчика 1, в котором происходит их счет, а с аналогового выхода счетчика 1 сигнал, пропорциональный скорости ультразвука (частоте автоциркуляции), поступает на вход управляемого сопротивления 2, величина которого уменьшается при увеличении сигнала на его входе. Поскольку выход управляемого сопротивления 2 подключен параллельно интегрирующей емкости видеодетектора 3, то этим обеспечивается обратная пропорциональность постоянной времени

видео детектор а частоте автоциркуляций в устройстве. В процессе работы синхроимпульсы с выхода приемного преобразователя 9 поступают также на вход линейного усилителя 10, усиливаются им без ограничения и поступают на вход блока 11 привязки

П

и уровня, отрегулированный так, что сигнал управления на его выходе появляется только в случае превышения заданного отношения сигнал/шум на входе усилителей 14 и 10.

5 С выхода блока 11 сигнал поступает на вход детектора 12, детектируется в нем и далее усиливается усилителем 13 постоянного тока, с выхода которого он поступает на первый вход регулируемого усилителя 14, усиление которого максимально

0 при отсутствии сигнала с выхода блока 13. В результате напряжение на выходе генератора 7, а следовательно, и мощность, подводимая к излучающему преобразователю, оказываются функционально зависимыми от заданного оптимального уровня по5 лезного сигнала на выходе приемного преобразователя 9, то есть соотношение сигнал/шум на выходах блоков 9 и 14 поддерживается стабильным. В эталонном канале синхронизируемый генератор 25 вырабаты„ вает электрический импульс, который, пройдя через регулируемый усилитель 26 и генератор 27, усиливается и поступает на излучающий преобразователь 28, который преобразует его в акустический импульс.

Акустический импульс после прохожде5 ния исследуемой среды принимается приемным преобразователем 29, преобразуется в электрический импульс, усиливается усилителем 34, детектируется интегрирующим видеодетектором 23, формируется формирователем 24 и вновь поступает на вход

0 синхронизируемого генератора 25, вызывая повторный цикл автоциркуляции электроакустических импульсов в синхрокольце. При этом синхроимпульсы второго выхода генератора 27 поступают на первый вход счетчика 21, в котором происходит их

5 счет, а с аналогового выхода счетчика 21 сигнал, пропорциональный скорости ультразвука, поступает на вход управляемого со противления 22, величина которого умень

шается при увеличении сигнала на его входе. Поскольку выход управляемого сопротивления 22 подключен параллельно интегрирующей емкости видеодетектора 23, то этим обеспечивается обратная пропорциональность постоянной времени видеодетектора частоте автоциркуляций в устройстве. В. процессе работы синхроимпульсы с выхода приемного преобразователя 29 поступают также на вход линейного усилителя 30, усиливаются им без ограничения и поступают на вход блока 31 привязки уровня, отрегулированный так, что сигнал управления на его выходе появится только в случае превышения заданного отношения сигнал/шум на входе усилителей 34 и 30.

С выхода блока 31 сигнал поступает на вход детектора 32, детектируется в нем и далее усиливается усилителем 33 постоянного тока, с выхода которого он поступает на первый вход регулируемого усилителя 34, усиление которого максимально при отсутствии сигнала с выхода блока 33. В результате напряжение на выходе генератора 27, а следовательно, и мощность, подводимая к излучающему преобразователю, оказываются функционально зависимыми от заданного оптимального уровня полезного сигнала на выходе приемного преобразователя 29, то есть соотношение сигнал/шум на выходе блоков 29 и 34 поддерживается стабильным.

В процессе работы устройства импульсы с выхода генератора 7 поступают на первый вход счетчика 1, формируя тем самым измерительный интервал в счетчике 1. Аналогично импульсы с выхода генератора 27 поступают на первый вход счетчика 21, формируя измерительный интервал в счетчике 21. В результате на вторых выходах счетчика 21 формируются коды К1, соответствующие отношению

,

с

где Cj - скорость звука в эталонном канале;

С„- скорость звука в контролируемом канале.

Аналогично на вторых выходах счетчика 1 формируются коды К, соответствующие отношению

К-Ок С,

С вторых выходов счетчиков 21 коды К1 поступают на первые (информационные) входы счетчика 19, а с вторых выходов счетчика 1 коды К поступают на первые (информационные) входы счетчика 15. Одновременно с первого выхода генератора 18 поступают стабильные высокочастотные колебания на третий вход счетчика 19, а с второго выхода генератора 18 стабильные высокочастотные колебания поступают на третий вход счетчика 15.

В момент обнуления счетчика 19 с его второго выхода (выхода обратного переноса) поступает импульс на его же второй вход (вход предварительной записи), в результате чего коды К1 записываются в декады счетчика 19. С этого момента он снова начинает работать в вычитающем режиме до повторного обнуления, после чего цикл работы счетчика 19 повторяется. Аналогично в момент обнуления счетчика 15 с его второго выхода (с выхода обратного переноса) поступает импульс на его же второй вход (вход предварительной записи), в результате чего коды К записываются в декады счетчика 15. С этого момента

5 он снова начинает работать в вычитающем режиме до повторного обнуления, после чего цикл работы счетчика 15 повторяется. На первом выходе счетчика 19 появляются импульсы с частотой F1 следования, равной

0

0

F а на первом выходе счетчика 15 появляются импульсы с частотой F следования, равной

э

Обе частоты поступают на вход счетчика, образованного блоками 16, 17, 20, ко- торый работает по методу измерения с непосредственным отсчетом частоты. В результате на дополнительном счетчике 17 импульсов, формируется число, равное

35

сг

1 Us.

A-Cj ,

0

В счетчиках 1 и 21 нет кварцевых генераторов, дешифраторов и индикаторов, но есть входы «а для формирования измерительных интервалов в обоих счетчиках, а входы «б являются счетными. Счетчики 1 и 21 должны иметь выходы со всех разрядов.

В качестве счетчика 17 может быть использован любой двоично-десятичный счетчик с подходящим быстродействием, допол- 5 ненный дешифратором и индикатором.

Таким образом, результат измерения оказывается линейно зависимым от молекулярной массы газов или концентрации газовой смеси, что увеличивает точность измерений.

Наиболее эффективно применение предложенного устройства в качестве измерителя молекулярной массы газов, газообразных веществ, находящихся в различных агрегатных состояниях, и для анализа состава газов.

Формула изобретения

Устройство для определения скорости ультразвука по авт. св. № 883734, отличающееся тем, что, с целью повышения точ0

5

1582111

78

ности измерения при анализе состава газов,счетчиков подключены соответственно к оно снабжено эталонным каналом, идентич-выходам счетчиков измерительного и эталонным измерительному каналу, последователь-Ного каналов, выходы обратного переноса но соединенными кварцевым генератором,вычитающих счетчиков подключены к их первым вычитающим счетчиком, делителемg входам предварительной записи, выход гене- частоты, элементом И и счетчиком-индикато-ратора импульсов измерительного канала ром и вторым вычитающим счетчиком, выходсвязан с вторым входом счетчика эталон- которого подключен к второму входу элемен-ного канала, а выход генератора импуль- та И, а первый вход - к выходу кварцевогосов эталонного канала связан с вторым генератора, вычитающие входы вычитающихвходом счетчика измерительного канала.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения молекулярной массы газов по скорости ультразвука. Цель изобретения - повышение точности измерения за счет получения линейной зависимости результата измерения от молекулярной массы газов. Импульсами ультразвука зондируются газы в эталонном и измерительных каналах. Счетчики 1 и 21 подсчитывают значение скорости ультразвука в каналах методом синхрокольца. Измерительный интервал в этих счетчиках формируется сигналом с генераторов 7 и 27 импульсов других каналов. На выходах этих счетчиков формируются поэтому сигналы, пропорциональные отношению скоростей ультразвука в эталонном и измерительном каналах. На счетчике-индикаторе формируется число, равное отношению квадратов скоростей ультразвука в измерительном и эталонном канале, что соответствует линейной зависимости молекулярной массы от результата измерения. 1 ил.