Цифровой измеритель температуры газовых сред Советский патент 1979 года по МПК H03K13/02 G01R11/24 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для диагностики высокотемпературных газовых потоков. Известен акустический термометр, который содержит термочувствительный элемент, собственная частота вибраций которого зависит от температуры (1. Элемент заканчивается акустической линией передачи, которая может быть выполнена в виде гибкой проволоки с диаметром в несколько тысячных долей сантиметра. В элемент вводятся 30-40 TiaKeTOB, импульсов с различной частотой заполнения. Выделяется та частота, которая соответствует резонансной частоте термочувс вительного элемента. По выделенной частоте определяют температуру ис. следуемой среды. Однако после измерения температур этот параметр можно определить только путем расчетов. Известен измеритель температур га зовых сред - ультразвуковой пирометр предназначенный для непрерьшного изм рения температуры воздушных потоков путем измерения времени прохождения пронизЕлвающих поток ультразвуковых н пульсов между генератором и ком излучений, помещенным в водоохлаждаемый корпус 2. В схеме пирометра применены два помещенных в измеряемый поток идентичных приемника время, прохождения импульсов между которыми характеризует температуру потока. Недостатками этого пирометра являются необходимость выполнения дополнительных математических операций для получения из результатов измерений численного значения температуры и невозможность определения температуры при однократных измерениях. Цель изобретения - автоматизация выполнения однократных и многократных измерений. Поставленная цель достигается тем, что в цифровой измеритель температуры газовых сред, содержащий электроакустически последовательно соединенные генератор зондирующих импульсов, ультразвуковые преобразователи и двухканальное приемное устройство, введены два преобразователя время-код, преобразователи число-код и времячастота, два устройства сравнения кодов, триггер и счетчик импульсов, выход двухканального приемного устройства подключен к первому управляющему входу триггера и первому входу перво го преобразователя время-код, второй вход которого соединен с выходом ге нератора зондирующих импульсов и входами преобразователей число-код, ремя-частота и второго преобразователя время-код, оба преобразовател время-код соединены между собой посредством первого устройства сравне ния кодов, выход которого подключен Сброс второго преобракзователя время-код и управляющему входу преобразователя число-код, выходы которого через второе устройство сравнения кодов соединены с выходами первого преобразователя врем код, причем выход второго устройства сравнения кодов подключен к второму управляющему входу триггера, выход которого подсоединен к управляющим входам второго преобразователя, время код и преобразователя время-частота выход которого соединен с входом счетчика импульсов. На фиг, 1 показана структурная схема цифрового измерителя температуры газовых сред; на фиг. 2 - временные диаграммы, иллюстрирующие работу измерителя. Измеритель содержит электроакусти чески последовательно соединенные , генератор зондирующих импульсов 1, ультразвуковые преобразователи 2 и двухканальное приемное устройство 3 а также два преобразователя времякод 4 и 5, соеди«енные мелсду собой посредством первого устройства срав нения кодов б, выход которого подСбросвторого ключей к ВХОДУ1 преобразователя время-код 5. Второе устройство сравнения кодов 7 соединено с выходами первого преобразова теля время-код 4, Причем выход устройства 7 подключен к первому .управляющему входу триггера 8, второй управляющий вход которого соединен с вьбсодом устройства 3,а выход подсоединен к управляющим входам второго преобразователя 5,преобразователя ча тот-а-код 9 и преобразователя времячастота 10, выход которого соединен с входом счетчика импульсов 11.. Измеритель работает следующим образом. В начальный момент времени to (см. фиг. 2а) генератор 1 возбуждает преобразователь 2 и одновременно при водит в исходное состояние преобразоватёлй 4,5,9. и 10. Во время действия электрического импульса преобразователь 2 возбуждает в исследуемой среде ультразвуковой импульс -{см. фиг. 2б), который принимается двумя ультразвуковыми приемниками преобразователей 2 и поступает на входы устройства 3. В приемнике преобразователей 2 электрические импульсы по двум независимым каналам усиливаются и проходят первичную обработку сигнала, причем импульсы в одном канале (см. фиг. 2в) относительно другого (см. фиг. 2г) имеют временной сдвиг, равный разности времени прохождения ультразвуковых волн от излучателя до двух приемников ультразвука преобразователей 2, находящихся на различных расстояниях от излучателя. Сформированные импульсы по двум каналам поступают на входы триггера 8, при помощи которого формируется импульс (см. фиг. 2д), длительность которого соответствует времени прохождения ультразвука через промежуток д . Сформированный прямоугольный импульс с выхода устройства 3 поступает на вход преобразователя время-код 4 и первый вход триггера 8. В преобразователе 4 происходит сначала преобразование длительности входного информационного импульса лТ в соответствующее число импульсов (см. фиг. 2е), а потом преобразование их в двоичный код. Число записанных импульсов равно N - + 1, где tg период дискретизации, выбираемый из условия tjj « At. Записанный двоичный код запоминается в преобразователе 4 до следующего цикла работы измерителя. Задний фронт информационного импульса (см. фиг. 2д) переводит триггер 8 из нулевого состояния в единично (см. фиг. 2ж), в результате чего запускаются преобразователи 5 и l6. При этом в преобразователе 5 происходит накопление импульсов дискретизации с периодом tff до тех пор, пока выходной код преобразователя не сравнится с кодом, записанным в преобразователе 4. В этих случаях на выходе устройства б появляются импульсы (см. фиг. 2и), а преобразователь 5 переводится в нулевое состояние, после чего подсчет импульсов продолжается. Период повторения импульсов на выходе устройства б To(N-l)to (см.фиг.2 з).Эти импульсы поступают на преобразователь 9,в котором они преобразуются в двоичный код и сравниваются при помощи устройства 7 с кодом,установленным преобразователем 4.В момент совпадения кодов на выходе устройства 7 получается импульс (см. фиг. 2к), который переводит триггер 8 в нулевое состояние, в результате прекращается работа всего устройства за исключением преобразователя 10. Длительность импульса на выходе триггера 8 T(N (см. фиг, 2ж), что равносильно (At)2 Т.-;- Импульс С длительностью o т. поступает на вход- преобразователя 10, rta выходе которого появляются импульсы с частотой повторения 5 Известно, что скорость ультразву в газе и температура газа связаны зависимостью С - К, iT, где Kj --по стоянная для данного газа. Отсюда температура газа Т К.с-, где К Скорость ультразвука С можно з писать ,-V--r-. или Т 2.( (t)3 где ( J, поскольку расстоя ние ЛЕ постоянно и заранее известно Таким образом , частота импульсов на выходе преобразователя 10 прямо пропорциональна температуре исследуемого газа. Число импульсов, поступивших в счетчик импульсов И за время измерения Tj , составляет j JTijT Обычно выполняется условие -|;| ;; р-:р и N 1. Если время измерения выбрать рав ным Т, - 10 , - 10 К; где п 0,t l,i и выбирается, исходя из требуемой точности, то пр заданном расстоянии между преобразо вателями д& и базе измерения Т2. ис ло импульсов, поступивших на счетчи импульсов, равно (дЕ)2. г;жг№: Х: (N-1)4 (Д1)7 т.е. равно цифровому значению темпе ратуры в исследуемой среде. С приходом следующего тактового импульса 6 генератора 1 показания счетчика импульсов 11 сбрасываются а преобразователи 4,5,9 и 10 приводятся в исходные нулевые состояния Измеритель подготавливается для сл дующего цикла измерения. Цифровой измеритель температуры газовых сред позволяет получить ци ровое значение температуры. Испнтания показали целесообразн применения предлагаемого измерител для контроля параметров быстропротекающих процессов, например поток 2 высокотемпературных газов, особенно в тех случаях, когда необходимо определить температуру при однократных измерениях. Формула изобретения Цифровой измеритель температуры газовых сред, содержащий электроакустически последовательна соединенные генератор зондирующих импульсов, ультразвуковые преобразователи и двухканальное приемное устройство, отличающийся тем, что, с целью автоматизации выполнения однократных и многократных измерений, в него введены два преобразователя время-код, преобразователи число-код и время-частота, два устройства сравнения кодов, триггер и счетчик импульсов, выход двухканального приемного устройства подключен к первому управляющему входу триггера и первому входу первого преобразователя времякод, второй вход которого соединен с выходом генератора зондирующих импульсов и входами преобразователей число-код, время-частота и второго преобразователя время-код, оба преобразователя время-код соединены между собой посредством первого устройства сравнения кодов, выход которого подключен в входу Сброс второго преобразователя время-код и управляющему входу преобразователя числокод, выходы которого через второе устройство сравнения кодов соединены с выходами первого преобразователя время-код, причем выход второго устройства сравнения кодов-подключен к второму управляющему входу триггера, выход которого подсоединен к управляющим входам второго преобразователя время-код и преобразователя время-частота, выход которого соединен с входом счетчика импульсов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США W 3487690,кл. 340-347, 14.05.74. 2.Авторское свидетельство СССР № 173459, кл. G 01 R 11/36,11.10.63.

fe

ЙС

фиг

Spet UHduiiei u