Измеритель скорости ультразвука в агрессивных средах Советский патент 1979 года по МПК G01N29/00 

1

Изобретение относится к области неразрушающего контроля ультразвуковым методом и может быть использовано при определении па1эаметров агрессивных сред, например потоков высокотемпературных газов.

Известно устройство для измерения скорости ультразвука в агрессивных средах 1, содержащее генерато видеоимпульсов, генератор ударного в 6з бужденяя, ультразвуковые преоб- разователи задержки, выполненные из кварцевого стекла, и усилитель.

Недостатком указанного устройства, работающего по методу кратковременного контакта ультразвуковых преобразова-селей ,с исследуемой средой, является высокая погрешность измерения, обусловленная тем, что невозможно обеспечить фиксированное расстояние между еобразователями в момент излучения ультразвуковйх импульсов.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является измеритель скорости ультразвука в .агрессивных: средах 2, содержащий блок управления системой ввода и вывода ультразвуковых излучателя и приемника в исследуемую среду.

генератор электрических импульсов, подключенный к у;1ьтразвуковому излу-. чателю, и блок измерения скорости ультразвука, соединенный с ультразвуковым приемником.

Недостатками этого измерителя являются также высокая погрешность измерения, выраженная тем, что невозможно обеспечить фиксированное

0 расстояние между излучателями, а также низкое быстродействие измерения. Это вызвано тем, что в момент остановки ультразвукового приемника от удара в механической части сис5темы ввода и вывода возникают вибрации. Кроме того, вибрации могут быть приняты приемником как полезный акустический сигнал, что вызывает ложные срабатывания измерителя.

Г

Целью изобретения является повышение точностии быстродействия измерения.

Указанная цельдостигается тем, что в предлагаемое устройство введе5ны измеритель перемещений ультразвукового излучателя, измеритель перемещений ультразвукового приемника, три схемы ИЛИ, два каскада сравнения, схдма И, линия задержки и преобразователь число - код , причем выходы

0 измерителя перемещений ультразвуко го излучателя и измерителя перемещ ний ультразвукового приемника подкл чены к входам первой схемы ИЛИ и,сх мы И, выход схемы И через линию задержки подключен к одному из входов второй схемы ИЛИ,другой вход которо соединен с выходом первой схемы ИЛИ а выход которой подключен через пре образователь число-код,к первым входам двух каскадов сравнения,выхо которых через третью схему ИЛИ соед нены с входами генератора импульсо и блока измерения скорости ультразвука, а выход блока управления сис темой ввода и вывода ультразвуковых излучателя и приемника в исследуему среду подключен к сбросовому входу преобразователя число - код , ,На фиг. 1изображена блок-схема предлагаемого измерителя; на фиг.2 временные диаграммы,. Измеритель содержит блок управл ния 1, выход которого соединен с входом системы 2 ввода и вывода ультразвуковых преобразователей в исследуемую среду и со сбросовым входом преобразователя число код 3, а также ультразвуковые излучатель 4 и приемник 5, Оба преобразователя снабжены измерителями перемещений б и 7 выходы кот рых подключены if входам первой схе мы ИЛИ 8 и схемы И 9. Выход схемы И 9 через линию задержки 10 подклю чен к первому входу второй схемы ИЛИ 11, второй вход которой соедин с выходом первой схемы ИЛИ 8|,а вы ход через преобразователь число код 3-е первыми входами каскадов сравнения 12 и 13.Выходы кас дов сравнения 12 и 13 подключены . ко входам третьей схемы ИЛИ 14, вы ход которой подключен ко входу генератора импульсов 15 и входу блока измерения скорости ультразву ка 16. Выход генератора импульсов 15 соединен с излучателем ультра-г звука 4, а другой вход блока 16 измерения су-орости ультразвука с приемником ультразвука 5. Измеритель работает следующим образом. По команде, поступающей из блока управления 1 (фиг,2а), ультразвуковые преобразователи (4 и 5) при помощи системы 2 вводят ся в агрессивную среду, например, в высокотемпературный поток газа. Скорость ввода и вывода может изменяться в зависимости от степени агрессивности исследуемой среды.При этом излучатель 4 и приемник 5 могут вводиться ,с различными скоростями V и Vg. Во время ввода на выходах измерителей перемещения 6 и 7 образуются серии импульсов, количество которых пропорционально соответствуютему перемещению (фиг. 26 и в), С целью исключения возможного люфта в механической части системы 2 ,в выведенном положении преобразователей, импульсы -на входе измерителя 6 появляются спустя некоторое время от начала ввода, т.е. tj V.J Н, на входе измерителя 7 - t cf где фиксированное расстояние, выбираемое больше максимального люфта. Эти серии импульсов поступают на входы первой схемы ИЛИ 8, на выходе которой за некоторое время t o6pa3yeTCH число ;ИМПУЛЬСОВ П ) г (ЛИГ.2г), где п,| , П2 - количество импуль сбв, поступивших на входы схемы ИЛИ в разныемоменты времени, число импульсов, поступивших на входы схем ИЛИ 8 за время зодновременно. Эти серии импульсов также поступают на входы схемы И 9, на выходе КОТ0130Й за время t (фиг.2д) образуется число импульсов По/2. Импульсы с выхода схемы И 9 поступают на линию задержки 10 с временем запаздывания ir, где TO То ff, Tjj - период повторения импульсов на выходд х измерителей б, 7 при максимальной скорости ввода, 1 - длительность импульсов. Импульсы с выхода линии задержки 10 (фиг.2е) поступают на первый вход второй схемы ИЛИ 11, на второй вход которой поступают импульсы с выхода первой схемы ИЛИ 8. Число импульсов на выходе схемы ИЛИ 11 за время tзcocтaвляeт Пл. п (- По/2 По -I- п f . прЗм-бг пропорционально сумме пepe jeщeний излучателя и приемника (фиг.2ж). Серия импульсов с выхода схемы ИЛИ 11поступает на вход преобразователя число - код 3, в котором преобразуется в параллельный код. Код с выходов преобразователя 3 поступает на первые входы каскадов срЭвМения 12и 13, на вторые входы которых поступают коды, соотвётстующие заданным расстояниям (Е и 2 ) между преобразователями 4 и 5, при которых осуществляется излучение ультразвукового импульса. Во время ввода ультразвуковых преобразователей 4 и 5 в исследуемую среду в некоторый момент времени код на выходе преобразователя 3 станет равным коду .соответствующему фйkсированному расстоянию. В этом случае на выходе каскада сравнения 12 образуется импульс (фиг.2и), который проходит третью схему ИЛИ 14, запускает генератор импульсов 15 и блок измерения скорости ультразвука 16 (фиг.2л). Генератор импульсов при этом возбуждает ультразвуковой волноводный преобразователь 4. Ультразвуковой импульс излучателя вводится преобразователем 4 в исследуемую среду, проходит

ее и принимается приемником 5 (фиг,2м) . В блоке Ifi измерения скорости ультразвука из излученного и принятого импульсов (Нормируется импул ь с дл и т ел ь н ос т ью Г г т -t- 2f -f- -J-. , где -г- - время распространения ультразвуковых импульсов между тор-. Цс1МИ волноводов при расстоянии между ними Е ; -tTg и f ЭА - задержки -.- сигнала соответственно в волноводе и блоке измерения.

- Одновременно с этим система 2 продолжает вводить преобразователи 4 и 5 в исследуемую среду, а в преобразователь число - код 3 записывается возрастающее количество импульсов.Это будет происходить до тех пор, пока код преобразователя 3 станет равным коду, заданному на входах каскада сравнении 13 и соответствующему расстоянию 2 между преобразователями 4 и 5. В этом момент времени на выходе каскада сравнения 13 образуется второй импульс {фиг,2к), который аналогичным образом запускает генератор импульсов 15 и блок 16 измерения скорости ультразвука. Длительность информационного импульса в случае составляетtj Ji« 2 +2

- время распространения

где

И

ультразвуковых импульсов между торцами волноводов при расстоянии между ними Iji, В блоке 16 измерения скорости ультразвука по измеренным временам прохождения -f.) и С-г. регистрируется разность At: Т - т , по которой при заданной базе измерения д1 - EJ, определяется скорость ультразвука в исследуемой среде.

Измеритель обеспечивает фиксированное расстояние между ультразвуковыми преобразователями в моменты излучения при динамическом режиме работы, поэтому обладает повышенными точностью, быстродействием и надежностью измерения. Приемник ультразвуковых колебаний может выводиться из исследуемой среды сразу после ввода, что создает возможность контролировать более агрессивную среду, например потоки газов с большей средней температурой, что расширяет область применения

ультразвуковых контрольно-измерительных приборов.

Формула изобретения

Измеритель скорости ультразвука в агрессивных средах, содержаний блок управления системой ввода и вывода ультразвуковых излучателя и приемника в исследуемую среду, генератор электрических импульсов, подключенный к ультразвуковому излучателю, и блок измерения скорости ультразвука, соединенный с ультразвуковым приемником, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и быстродействия измерения, в него введены измеритель перемещений ультразвукового излучателя, измеритель перемещений ультразвукового прие}иника, три схемы ИЛИ, два каскада с авнения, схема И, лини задержки и преобразователь число код, причем выходы измерителя перемещений ультразвукового излучателя и измерителя перемещений ультразвукового приемника подключены к входам первой схемы ИЛИ и схемы И, выход схемы И через линию задержки подключен к одному из входов второй схемы ИЛИ, другой вход которой соединен с выходом первой схемы ИЛИ, а выход которой подключен через

преобразователь

число - код

первым входам двух каскадов сравнения, выходы которых через третью схему ИЛИ соединены с входами генератора импульсов и блока измерения скорости ультразвука, а выход блока управления системой ввода и вывода ультразвуковых излучателя и приемника в исследуемую среду подключен к сбросовому входу преобразователя число - код .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Научные труды Всесоюзного машиностроительного института , т. 47, W 28, 1975, с. 3-6.

2,Сборник Вопросы современной ультразвуковой спектроскопии , Каунас, 1976, с.31-34 (прототип).