Ультразвуковой измеритель температуры газовых сред Советский патент 1980 года по МПК G01K11/24 

1

Изобретение относится к области температурных измерений и предназначено для измерения температуры высокотемпературных газовых потоков.

Известен ультразвуковой измеритель температуры, содержащий генератор, излучатель, приемник, вычислительное устройство fl. Работа измерителя температуры основана на принципе скорости распространения ультразвука в среде. Недостатком устройства является его сложность.

Известен ультразвуковой измеритель температуры, содержащий генератор непрерывного возбуждающего напряжения, излучающую и приемную акустические головки, фазовый детектор, фазорегуляторы 2. В этом устройстве измеряется фазовый сдвиг сигнала, прошедшего через среду, температуру которой измер5пот

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является ультразвуковой измеритель температуры газом 1х сред, содержащий генератор импулъсов, подключенный к волноводному излучателю, акустически связанному с приекСником акустических колебаний з. Температура газовой среды вычисляется при помощи вычислительного устройства по времени прохождения ультразвуковой волны.

Недостатком устройства является низкая точность измерения.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены последовательно соединенные селектор, блок задержки, триггер, два интегратора, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения Е частотометр, причем выход генератора импульсов соединен с входом селектора, выход приемника соединен с вторыми входами триггера и генератора пилообразного напряжения, а выход схемы сравнения соединен с входом генератора импульсов и вторыми входами интеграторов. . 37 На фиг. 1 предстагэтена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - временные диаграммы напряжений, поясняющие работу устройства. Ультразвуковой измеритель температуры содержит генератор импульсов 1, излучатель акустических колебаний 2 с волноводом 3, приемник акустических колебаний, включающий в себя волновод 4 преобразователь 5 акустических колебаний в электрический сигнал и приемник 6 селектор 7, блок задержки 8, триггер 9, интеграторы lO и 11, генератор 12 пило образного напряжения, схему сравнения 13, частотометр 14. Устройство работает следующим образом. В начальный момент времени TQ (фиу. 2а) генератор импульсов 1 создает импульс напряжения, который возбуждает излучатель 2 и одновременно запускает селектор 7. Во время действия электрического импульса излучатель 2 возбуждает в акустическом волноводе 3 импульс (фиг. 26), который торцом этого волново да излучается в исследуемую среду, например в поток высокотемпературного газа. Возбужденные ультразвуковые волны расйространяются по исследуемой среде, принимаются приемником акустических колебаний, в котором преобразователем 5 акустических колебаний преобразуются в электрический сигнал (фиг. 2, в), усилителем 6 усиливаются, нормируются по амплитуде и длительности {фиг. 2, г). Сигнал на выходе приемника запаздывает относительно момента Ьд на времен ной интервал где tr - время задержки сигнала в электрических цепях и в приемнике б, Т,, - время задержки в волноводе, 27. - время задержки в исследуемой Некоторая часть энергии излучаемых ультразвуковых колебаний отражается от границы волновод - исследуемая среда из-за различия акустических импедансов волновода и среды. Отраженный акустический импульс (фиг. 2д) излучателем 2 в качестве которого используется обратимый преобразователь, например пьезоэлектрический, преобразуется в электрический сигнал, селектируется селектором 7 и поступает на вход блока задерж ки 8, время задержки которого равноZTg A С выхода бпока задержки 8 сигнал (фшч 2е) поступает на первый вход три гера 9 с Ецземенным сдвигом относительно момента времени -Ь равным 2С -С . На второй вход триггера 9.поступает сигнал с временным сдвигомt. Таким образом, на выходе триггера 9 формируется прямоугольный импульс с длительностью (фиг. 2ж). Этот импульс подается на первый интегратор 10, на вуходе которого образуется импульс (фиг. 2и), амплитуда которого где Utiv, - амплитуда импульса на входе интегратора 10. Сигнал с выхода интегратора 10 поступает на интегратор 11, на выходе которого образуется импульс (фиг. 2к) с амплитудой. U2 J и 3t-U - Сигнал с выхода интег0 БХ 2 ратора 11 поступает на вход генератора 12 пилообразного напряжения , который формирует линейно убывающее напряжение, изменяющееся от максимального значения Ug до нуля, поступающее на вход схемы сравнения 13. В момент, когда напряжение на выходе генератора 12 достигает нулевого значения, схема-сравнения Ызфабатывает импульс напряжения, который запускает генератор импульсов 1 и устанавливает интеграторы 1О, 11 в начальное состояние. Процесс измерения температуры повторяется. Период одного цикла измерения равен . где оС- постоянный коэффициент. Частотометр 14 измеряет частоту следования импульсов на выходе схемы сравнения 13, которая Рввна: , При выполнении условия oCUg, где CQ - расстояние между торцак волноводов, частота следования импульсов FQ прямо пропорциональна температуре -fc измеряемой среды: Р При уменьшении расстояния между акустическими волноводами или при повышении температуры исследуемой среды линейность преобразования не нарушается, что выгодно отличает предложенное устройство от известных. Наличие новых элементов в ультразвуковом измерителе температуры выгодно 571 отличает его от прототипа, так как обеспечивает повышение точности измерения температуры, что гозволяет расширить его сферу применения. Формула и 3 о бретения Ультразвуковой измеритель температуры газовых сред, содержащий генератор импульсов, подключенный к волновод ному излучателю, акустически связанному с приемником акустических колебаний, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, в него введены последовательно соединенные селектор, блок задержки, триггер, два ин3тегратора, генератор пилообразного напряжения, схема сравнения и честотометр, причем выход генератора импульсов соединен с входом селектора, выход приемника соединен с входами триггера и генератора пилообразного напряжения, а выход схемы сравнения соединен с входом генератора импульсов и вторыми входами интеграторов. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 137288, кл, Q 01 К 11/24, 1960. 2.Авторское свидетельство СССР № 465562, кл. Q О1 К 7/24, 1971. 3.Патент США № 3534609, кл. 73-339, опублик. 197О (прототип).

4

Те

to

1C

e ) и к д

f/gx {

i t

t

i

- LZJL

t,