Измеритель скорости звука Советский патент 1981 года по МПК G01H5/00 

1

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения скорости распространения звука в жидкостях и газах.

Известно устройство f1J , содержащее генератор импульсов, излучающий ультразвуковой преобразователь, приемный преобразователь, усилитель и частотомер, соединенные в кольцо таким образом, что образуют генератор с запаздьюающей обратной связью. Частота такого генератора, пропорциональная скорости звука в исследуемой среде, измеряеЛя частотомером, подключен;йьп«( к выходу усилителя или генератора. Погрешность измерения определяется при этом по формуле

V е

-§гь

c.i.

(1)

де Тд - время задержки в электрических цепях;

Т - среднее время распределения звуковой волны между преобразователями;

V - скорость движения среды вдоль

оси распространения звука; С - средняя скорость звука в

среде;

t - толщина слоя обрастания или коррозии, в котором скорость звука равна С ; L - длина базы.

Недостатком данного устройства, как видно из формулы (1), является то, что умасьшить погрешность измерения в устройстве можно только за счет увеличения базы, т.е. габаритных размеров,г периодической очистки поверхностей преобразователей и уменьшения скорости смены среды в измерительном объеме, что в реальных условиях (например, при установке измерителя на морских судах с целью непрерьшнся о исследования физико-лимических свойств воды) практически эатруднено, а иногда и невозможно.

Известно также устройство12, позволяющее в значительной степени умень- . шить ргдельные слагаемые погреитости. когсрые еодержиг генерагор импульсов, излучающий преобразователь, два приемных преобразовагеля, расположенных на разных расстояниях от-, излучателя, коммутатор, усилитель, синхронизатор и измеритель временного интервала. Посколь ку в данном устройстве измеряется разность времён распространения излученного импульса до двух приемных преобразователей, соединенных через коммутатор с общим усилителем, то ошибка из мерения, связанная с задержкой импульсо в общих электрических цепях и прохождением через примерно равные по толщине слои коррозии (обрастания) преобразователей, оказывается в значительной степе ни уменьшенной, и общая погрешность выражается формулой Г (2) где fj и - толщина слоя ксррозии (обрастания ) второго и первого приемных преобразователей соответственно; L. - расстояние между приемными преобразователями. Недостатком известного устройства, как видно из формулы (2), является недостаточная точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является измеритель скорости звука 13 , содержащий синхронизатор, генератор зондирующего сигнала, коммутатор, приемник, измеритель временного интервала, преобразователь информации, электроакустический преобразователь и отражатель, В этом устройстве измерение времени распространения излученного импульса производится от электроакустического преобразователя до отражателя и обратно Так как в этом случае ультразвуковой импульс проходит в среде в двух противо положных направлениях, то происходит почти полная компенсация ошибки, связан ной с движением среды. Погрешность определяется по формуле . - I, Недостатком устройства, как видно из ффмулы (3), является погрешность изм рения из-за наличия слоя коррозии или обрастания микроорганизмами на поверхностях преобразователя и отражателя. Э .значит, что устройство не может длител ное время эксплуатироваться в агрессив ных средах. Цель изобретения - уменьшение погрешности измерения. Й 64 Указанная цель достигается тем, что измеритель снабжен вторым отражателем, расположенным от преобразователя на расстоянии, не равном расстоянию от электроакустического преобразователя до первЬго отражателя. На фиг. 1 представлено устройство, структурная схема; на фиг. 2 - эпюры, поясняющие его работу. Устройство содержит синхронизатор 1, последовательно соединенные генератор 2 зондирующего сигнала, коммутатор 3, вторым входом соединенньй со вторым выходом синхронизатора 1, приемник 4, а также измеритель 5 вре екного интервала, преобразователь 6 информации, дополнительные входы которых связаны с дополнительными выходами синхронизатора 1. соединенньй с выходом коммутатора 3 электроакустический преобразователь 7, который вместе с электроакустически связанными отражателем 8 и вторым отражателем 9, расположенным от преобразователя 7 на расстоянии, не равном расстоянию от электроакустическо- го преобразователя 7 до первого отражателя 8,находится в среде 1О. Устройство работает следующим образом. Импульс синхронизатора 1 (эпюра а) поступает на коммутирующий вход коммутатора 3, и .происходит соединение выхода генератора 2 со входом преобразователя 7, а вход приемника 4 на это время от преобразователя 7 отключается. Когда с синхронизатора 1 поступает импульс запуска (б), в генераторе 2 формируется зондирующий импульс (д), который через коммутатор 3 Поступает в преобразователь 7 и возбуждает в исследуемой среде 1О импульс звуковых колебаний. Отраженные от отражателей 8 и 9 импульсы возбуждают в преобразовате..е 7 электрические импульсы. Так как длительность импульсов (а) и (б) выбирается меньще времени распространения ультразвуковых импyл 5coв в среде 1О, то к моменту прихода отраженньсх импульсов коммутатор 3 отключает выход генератора 2 зсждирующего сигнала от акустического преобразователя 7 и под-. ключарт последний ко входу приецника 4. В приемнике происходит усиление и детектирование отраженных импульсов (з), которые и поступают на измеритель 5 временного интервала., Перед началом следующего цикла иомерекий импульсом (в) синхронизатогш 1 происходит перенос информации на иоме|И1То/1У1 Г промен580ного интервала, например, в виде ци(1рово.«го кода, в преобразователь 6 информации, который преобразует измеренную величину разности Tj -Т в соответствии с выражением Y LT ( Ц-расстояние между отражателями 8 и 9) и на вьрсоде, которого получают информацию о скорости звука в исследуемой среде Ю в нужном виде, например в виде частоты импульсов или цифрового кода. Импульс (г) сннхронизатора 1 устанавливает измеритель

5 временного интервала в исходное состояние и блокирует его работу на все время, не соответствующее приему первы отраженных от отражателей 8 и 9 импульсов.

Период измерения Т выбирается большим, чем время затухания всех неодно - кратно переотраженных в измерительном объекте импуПьсов.

Расстояние между отражателями 8 и 9 выбирается так, чтобы интервал времени Tj -Т был достаточно большим в целях упрощения аппаратуры для его измерения.

Легко показать, что погрешность измерения скорости звука в устройстве выражается формулой (4):

,,4,

где (л и 1л - толщина слоя коррозии (обрастания) соответственно второго и первого отражателей;

I, - расстояние между отражателями.. . Из сопоставления формул (4) и (3) следует, что погрешность измерения устрсйства много меньше, чем у известного

поверхностей от коррозии (обрастания) во много раз больше известного, в результат те чего резко сокращаются затраты мате« риальных и трудовых ресурсов на эксплуатацию.

Формула изобретен и я Измеритель скорости звука, содержащий синхронизатор, генератор зондирующего сигнала, коммутатор, приемник, измеритель временного интервала, преобра зсватель информации, электроакустический преобразователь и отражатель, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности измерения, измеритель снабжен вторым отражателем, расположенным от преобразователя на рас- . .стоянии, не равном расстоянию от электроакустического преобразователя до первето отражателя.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Автсрское свидетельство СССР

№ 586341, кл. G 01 Н 5/ОО, 1976.

2.Авторское свидетельство СССР NO 554469, кл. Q О1 Н 5/ОО, 1975.

3.Патент Великобритании

№ 1291181, кл. Н 4 D , 1972 (прототип).

Л 66 устройства, так как всегда выпопняюгся неравенства: , (7-l«V.(gj Поэтому при одинаковом времени эксплуатации известного устройства и предлагаемого последнее обладает на порядок меньшей погрешностью, что ценно само по себе. При одинаковой допустимой погрешности измерения срок эксплуатации предлагаемого измерителя без очистки базовых

:

s

я

-Vb

ч f-u

- --Щ-1|||нг-

KA

-V /Т2-Г,

flffi/e. 2

Is,K.

-