Устройство для измерения температуры Советский патент 1981 года по МПК G01K11/24 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при контроле параметров высокотемператур ных газовых потоков. Известно устройство для измерения температуры, содержащее ультразвуковые излучатель и .приемник, механичес ки соединенные с системой переметения и подключенные к блоку измерения U1 . Однако данное устройство не обеспечивает требуемой точности измерения из-за погрешности, обусловленной неидентичностью узлов перемещения преобразователей, самих преобразователей и фазовых характеристик усилителей . Наиболее близким по технической сущности к предлагаемог 1у является устройство для измерения температуры содержащее ультразвуковые излучатель и приемник, механически связанные с системой перемещения, подключенной к выходу схемы формирования сигналов блок измерения, подсоединенный к вхо дам приемника и излучателя 21. Однако данное устройство не обла дает требуемой точностью измерения потому, что блок измерения, подключенный к пьезоэлектрическим преобра зователям, излучателю и приемнику, существенно влияет на работу блока выделения, подключенного к тем же преобразователям и имеющего очень высокое входное сопротивление (R. 10° Ом), необходимое для измерения электростатического потенциала на обкладках пьезопреобразователей. Значительное влияние при таких измерениях оказывает и злектроизоляция измерительных цепей. Кроме того, электростатический потенциал на обкладках пьезопреобразователей зависит не только от абсолютной температуры преобразователей, но и от скорости нарастания температуры. Чем быстрее нарастает температура нагрева пьезопреобразователя, тем выше потенциал на обкладках и наоборот, хотя абсолютные температуры Могут быть одинаковыми, что и приводит к погрешностям определения температуры нагрева измеряемого объекта. Целью изобретения является повышение точности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены генератор качающейся частоты, триггер, генераторы импульсов, схема ИЛИ, блоки выделения сигналов, к входам которых

подключены выходы генератора качающейся частоты и блока измерения, второй выход которого подсоединен ко входу генератора качающейся частоты, ко входам триггера,.к третьим входам блоков выделения сигналов и генератоСрв импульсов, подключенных ко входам схемы формирования сигналов, третий вход которой соединен с выходом триггера, подключенного также ко второму входу генератора качающейся частоты, и выход одного блока выделения сигнала подсоединен ко входу излучателя а другого блока - ко входу приемника, при этом вторые выходы этих блоков через схему ИЛИ подключены .ко второму входу триггера.

Кроме того, ка;кдый блок выделения сигналор,содержит соединенные последовательно коммутатор, детектор, дифференциатор и триггер, выход которого подключен ко второму вйходу блока а вход триггера подсоединен к третьему входу блока выделения сигналов, к первому и второму входу которого подключены входы коммутатора, выход которого подсоединен к первому выхоЛУ блока.

На-фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 временные осцилограммыИ -Z5).

, Устройство содержи - ультразвуковой излучатель 1, приемник 2, систему, 3 перемещения излучателя и приемника, блок 4 измерения, схе,му 5 формирования сигналов для системы перемещения, генератор 6 качающейся частоты, схему ИЛИ 7, триггер 8, генераторы 9 и 10 импульсов, коммутатор 11 детектор 12, дифференциатор 13, триггер 14 блока выделения сигналов, блоки 15 и 16 выделения сигналов.

Устройство работает следующим образом.

В начальный момент времени (фиг. 2). после включения электропитания устройства преобразователи вводятся в исследуемую среду и блок 4 измерения вырабатывает сигнальный импульс (П), который преобразователем 1 излучаетс,я в исследуемую среду и принимается приемныг преобразователем 2. Принятый пь зоприемным преобразователем 2 импульс поступает на блок 4 измерения, в котором вычисляется температура и скорость газового потока. После очередного цикла измерения проверяется температура нагрева преобразователей 1 и 2.

Контроль температуры нагрева преобразователей происходит следующим .образом. Блок, измерения запускает коммутатор 11 сигналов, генератор б качающейся частоты (ГКЧ), триггеры 8 и 14 и генераторы 9 и 10 импульсов. ГКЧ 6 вырабатывает синусоидальный сигнал, частота которого в какойто мсмйент времени t, (18) становится равной резонансной частоте менее нагретого преобразователя, а затем в момент времени t (19) и резонансной частоте более нагретого пьезопреобразователя. С увеличением температуры нагрева резонансные частоты пьезопреобразователей 1 и 2 увеличиваются. Так как ГКЧ б через.коммутатор 11 подключен к пьезопреобразователю 1, то детектор 12 выделяет огибающую этого сигнала. Когда частота генератора качающейся, частоты проходит резонанс преобразователя, на выходе детектора 12 получается максимальное напряжение, которое дифференцируется дифференциатором 13 и переводит в исходное состояние триггер 14. С выхода триггера 14 импульс длительностью .i,(18) поступает на схему ИЛИ 7. Аналогично работает и второй блок 16 выделения сигналов. Импульс с выхода этого блока поступает на второй вход схемы ИЛИ 7. С выхода схемы ИЛИ 7 прямоугольный импульс наибольшей длительности,, соответствующей промежутку времени, необходимому для того, чтобы частота ГКЧ изменилась от первоначальной (момент времени t ) до резонансной частоты наиболее нагретого преобразователя (в данном случае до резонансной частоты пьезоприемника 2), поступает на второй вход первого триггера 8 и задним фронтом переводит его в первоначальное состояние. Первый триггер 8 своим импульсом 21 переводит в исходное состояние блок 4 измерения и генератор б качающейся частоты-. В схеме 5 формирования сигналов ввода-вывода сравниваются по длительности импульс с выхода первого триггера 8 с импульсами, поступающими от первого и второго генераторов 9 и 10 импульсов. Первый генератор 9 импульсов вырабатывает импульсы, длительность которых

.соответствует промежутку времени , необходимому для и.змерения частоты ГКЧ б до резонансной частоты преобразователей при наибольшей допустимой температуре нагрева.

Температура пьезопреобразователей должна быть меньше температуры Кюри Т применяемого пьезоматериала. Например, для керамических.пьезоматериалов ЦТС-19 Т 290°С, для -кварцевых 570°С, для ниобата лития L i NbOn.,l9lO°C

Второй генератор 10 импульсов вырабатывает импульсы 24, длительность которых соответствует промежутку времени t,,-trj, , необходимому для изменения частоты ГКЧ до резонансной частоты .пьезопреобразователей, когда их температура нагрева не превышает заданной величины и они могут работать в исследуемой высокотемпературной среде. Если длительность импульса, поступающего на схему 5 формирования сигналов ввода-вывода от первого триггера 8, больще длительности импульса, поступающего от первого генератора 9 импульсов, то схема 5 формирования сигналов ввода-вывода выдает команду 25 о выводе пьезопреобразователей с исследуемой сред.. И, наоборот, если длительность импульса, поступающего от первого триггера 8 на схему 5 формирования сигналов ввода-вывода меньше длительности импульса, поступающего от первого генератора 9 импульсов, то преобразователи 1 и 2 поддерживаются в введенном состоянии. Если длительность импульса, поступающего на схему 5 формирования сигналов ввода-вывода от первого триггера 8, меньше длительности импульса второго генератора 10 импульсов, то преобразователи 1 и 2 поддерживаются в введенном состоянии, если они введены в исследуемую среду раньше или когда они были в выделенном состоянии 25. Когда преобразователи введены в исследуемую среду, блок измерения осуществляет измерение скорости ультразвука и после каждого цикла измерения проверяет нагрев пьезопреобразователей до момента, когда температура наиболее нагретого преобразователя достигает наибольшей заданной величины. После этого на систему 3 вводавывода от схемы 5 формирования сигналов ввода-вывода поступает команда вывести пьезопреобразователи из высокотемпературной среды. Когда преобразователи остывают до заданной температуры, схема 5 формирования сигналов 5 выдает команду на систему ввода-вывода о. вводе пьезопреобразователей в исследуемую среду, после чего npoiiecc измерения повторяется.

Предлагаемое устройство наряду с повышением точности- измерения позволяет повысить надежность контроля высокотемпературных сред за счет того, что управление системой вводавывода ультразвуковых преобразователей в исследуемую среду осуществляется автоматически по температуре наиболее нагретого преобразователя. Кроме того,это дает возможность автоматизировать ультразвуковые системы контроля высокотемпературных сред, основанные на определении скорости ультразвука в контролируемых средах , и расширяет область применения ультразвуковых контрольно-измерительных систем.

Формула изобретения

к выходу схемы формирования сигналов, блок измерения, подсоединенный к входам приемника и излучателя, о т л ичающееся тем, что, с целью

a повышения точности измерения, в устройство введены генератор качающейся частоты, триггер, генераторы импульсов, схема ИЛИ, блоки выделения сигналов, к входам которых подключены

5 выходы генератора качающейся частоты и блока измерения, второй выход которого подсоединен ко входу генератора качающейся частоты, ко входам триггера, к третьим входам блоков вьвделения сигналов и генераторов импульсов,

0 подключенных ко входам схемы формирования сигналов, третий вход которой соединен с выходом триггера, подключенного также ко второму входу генератора качающейся частоты, и выход

5 одного блока выделения сигнала подсоединен ко входу излучателя, а другого блока - ко входу приемника, при этом вторые выходы этих блоков через схему ИЛИ подключены ко второму вхо0ду триггера.

5 детектор, дифференциатор и триггер, выход которого подключен ко второму выходу блока, а вход триггера подсоединен к третьему входу блока выделения сигналов, к первому и второму входу которого подключены входы ком0мутатора, выход которого подсоединен к первому выходу блока.

Источники информации. Принятые во внимание при экспертизе

5

0

кл. G 01 К 11/24, 05.10.78 (прототип),

Фие.1