Устройство для контроля теплофизических параметров газообразных сред Советский патент 1978 года по МПК G01N29/00 

ящеи из конденсатора, резистора, источника наиряжения постоянного тока, имеющего полярность, обратную полярности основного источника, дополнительным электронным ключом, имеющим проводимость, обратную проводимости основного ключа, и включенным между общей точкой соединения резистора с конденсатором в дополнительной цепи, и введенным нолунериодным блоком задержки, подключенным между выходом синхронизатора и управляющим электродом донолнительного ключа.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит пьезоэлектрические излучатель 1 и приемник 2, устанавливаемые в контролируемой среде, подключенные параллельно излучателю последовательную цепь, состоящую из конденсатора 3, резистора 4 и источника 5 напряжения постоянного тока, н катушку 6 индуктивности, электронный ключ

7,соединенный с точкой соединения конденсатора 3 и резистора 4 и с общей точкой соединения катушкн 6 индуктивности, излучателя 1 и источника 5 напряжения, синхронизатора

8,выходом соединенного с управляющим электродом 9 ключа 7, времяпзмерительный блок 10, один из выходов которого подключен к выходу синхронизатора 8 через блок 11 задержки, усилитель 12, включенный между приемником 2 и вторым входом времяизмеригельного блока 10, и регистрирующий блок 13, соединенный с выходом времяизмерительного блока 10.

В устройство входят также нодключенная параллельно излучателю 1 дополнительная цепь, состоящая из конденсатора 14, резистора 15 и источника 16 напряжения постоянного тока, имеющего полярность, обратную полярности основного источника 5, дополнительный электронный ключ 17, имеющий проводимость, обратную проводимости основного ключа 7, и включенный между общей точкой и точкой соединения резистора 15 с конденсатором 14 в донолнительной цепи, и полупериодный блок 18 задержки, подключенный между выходом синхронизатора 8 и управляющим электродом 19 дополнительного ключа 17.

На контурный акустический излучатель, состоящий из пьезоэлемента и шунтирующей его катушки 6 индуктивности, с помощью ключей 7 и 17 подают возбуждающие электрические ударные воздействия. Первым из этих ударных воздействий на излучатель 1 поступает перепад электронного напряжения отрицательной полярности с ключа 7, управляемого сигналами синхронизатора 8. При отсутствии сигналов конденсатор 3 через зарядный резистор заряжен до напряжения Е источника 5 нанряжения. С пост)плением на электрод 9 импульсного сигнала синхронизатора 8 ключ 7 открывается и конденсатор 3 разряжается через ключ 7, воздействуя на излучатель 1 перепадом напряжения. Под действием этого перепада в контуре, образованном статической емкостью ньезоэлектрического излучателя 1 н индуктивностью катушки 6, возникают затухающие электрические колебания. Для того чтобы частота этих

электрических колебаний совпадала с резонансной частотой пьезоэлемента, индуктивность L катушки 6 установлена близкой к величине 0,025 , где С - статическая емкость пьезоэлемента излучателя 1.

Через промежуток времени, равный 0,5 / цьезоизлучатель 1 возбуждают вторым перепадом электрического напряжения положительной полярности. Этот перепад создается разрядом конденсатора 14, заряженного в статическом состоянии через резистор 15 до напряжения Ег от источника 16 посредством ключа 17. Последний с помощью блока 18 включается импульсом синхронизатора 8 через полупериод 0,5 резонансных колебаний

пьезоэлемента излучателя. Если бы на контурный преобразователь не подавался первый перепад электрического нанряжения, на преобразователе под действием второго перепада возникли бы затухающие электрические колебания, аналогичные по форме колебаниям, вызванным первым перепадом, и обратные им по знаку.

Поскольку эти колебания сдвинуты во времени на половину их периода, то при воздействии обоих перепадов колебания складываются в фазе друг относительно друга. При этом результирующие колебания имеют амплитуду, примерно вдвое превышающую амплитуду колебаний при- одинарном возбуждеНИИ любым из этих двух перепадов. Наряду с увеличением амплитуды здесь достигается также другой эффект. Он состоит в том, что импульс имеет более симметричную форму, что обеспечивает более высокую моночастотность

возбуждения и информативность излученного импульса, что повышает точность измерения времени распространения излученных колебаний в контролируемой среде. Периоды перепадов циклически повторяют

с периодом следования, обычно значительно превышающим длительность результирующего высокочастотного импульса затухающих колебаний, возбуждающих пьезоизлучатель. По действием импульсов пьезоэлемент излучателя 1 излучает в контролируемую среду импульсы ультразвуковых колебаний с частотой f, которые распространяются в ней со скоростью, зависящей от плотности газа и его температуры. При постоянной скорости потока время распространения ультразвукового импульса от излучателя 1 до приемника 2 определяется количеством тепла, переносимым газообразным потоком, в котором размещены излучатель и приемник.

Поступившие на приемник 2 ультразвуковые импульсы преобразуются в электрические импульсы с частотой несущей, равной частоте / ультразвуковых колебаний. Преобразованные импульсы усиливаются в усилителе

12 и ностунают на один из входов времянзмерительного блока 10, на другой вход которого подаются через блок 11 задержки импульсы с выхода синхронизатора 8. Время задержки здесь установлено равным времени прохождения, соответствующему начальному значению контролируемого теплофизического параметра - количеству тепла.

Под действием поступивших импульсов во времяизмерительном блоке 10 формируется прямоугольный электрический импульс, имеющий длительность, равную временному интервалу между моментами поступления импульса из усилителя 12 и из блока И задержки. Прямоугольный импульс преобразуется в электрическое напряжение, пропорциональное длительности этого импульса и соответственно контролируемому параметру, которое поступает в регистрирующий блок.

Формула изобретения

Устройство для контроля теплофизических параметров газообразных сред, содержащее пьезоэлектрические приемник и излучатель, к которому последовательно подключены конденсатор, резистор и источник напряжения постоянного тока, катушку индуктивности, электронный ключ, соединенный с точкой соединения резистора и конденсатора и с общей

точкой соединения катушки индуктивности, излучателя и источника напряжения, синхронизатор, выходом соединенный с управляющим электродом ключа, времяизмерительный

блок, один из входов которого подключен к выходу синхронизатора через блок задержки, усилитель, включенный между нриемником и времяизмерительным блоком, соединенный с регистрирующим блоком, отличающееся

тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено подключенной параллельно излучателю дополнительной цепью, состоящей из конденсатора, резистора и источника напряжения постоянного тока, имеющего полярность, обратную полярности основного источника, дополнительным электронным ключом, имеющим проводимость, обратную проводимости основного ключа, и включенным между общей точкой и точкой соединения резистора с конденсатором в дополнительной цепи, и полупериодным блоком задержки, подключенным между выходом синхронизатора и управляющим электродом дополнительного ключа. Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Бригер Г. И. и др. Ультразвуковые расходомеры. М., 1964, с. 305-312.

2.Патент США ЛЬ 2565725, кл. 73-67.5, 1968.