Ультразвуковой измеритель распределения температуры по сечению трубопровода Советский патент 1982 года по МПК G01K11/24 

{5А) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО СЕЧЕНИЮ ТРУБОПРОВОДА

I

Изобретение относится к температурным измерениям, а именно к ультразвуковым измерителям распределения температуры по сечению трубопровода.

Известен ультразвуковой термометр для измерения температуры газового потока, содержащий излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, змерительную схему l.

Недостатком устройства являются его ограниченные возможности, связанные с измерением только средней .температуры по сечен.ию трубопровода. Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому является ультразвуковой измеритель распределения температуры по сечению трубопровода, содержащий помещенный внутрь трубопровода секцией меньшего диаметра передающий двухсекционный коаксиальный звукопровод с передающим пьезоэлементом, соединенным с первым выходом генератора и входом блока формирования импульсов, включающим в себя последовательно соединенные усилитель, импульсный детектор и формирователь, выход которого соединен с первым входом блока временной селекции, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора, а выход соединен с первым входом регистратора интервалов времени. Этот измеритель работает по принципу эхо-импульсной локации, определяя температурный

10 профиль исследуемого объема по интервалу времени между импульсамиi соответствующими определенной паре отражающих поверхностей ,2.

Однако это устройство не обес15печивает измерения распределения температуры с необходимой точностью и быстродействием из-за большой тепловой инерции вводимого в поток стержJJJ невого трубопровода.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения температуры по сечению трубопровода. 3 Поставленная цель достигается те что в устройство введены приемный идентичный передающему двухсекционный коаксиальный звукопровод с прие ным пьезоэлементом, дополнительные блок временной селекции и блок формирования импульсов, вход которого соединен с приемным пьезоэлементом, а выход - с первым входом дополнительного блока временной релекции, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора, а выход соединен с вторым входом регистратора интервалов времени, прич диаметры D и d двух секций коаксиальных звукопроводов, расстояние I между свободными торцами секций меньших диаметров и радиус г трубопр вода связаны соответственно между собой соотношениями D(3-5)d; (0,08-0,2)го. На чертеже приведена схема устро ства. Устройство содержит генератор 1 электрических импульсов,передающий пьезоэлемент 2, передающие коаксиальные звукопроводы большего диаметра 3 и меньшего диаметра k, трубопровод 5 с исследуемым потоком газа 6, блок формирования, импульсов, включающий в себя усилитель 7 импу льсный детектор 8, формирователь 9 блок 10 .временной селекции, приемны звукоироводы меньшего диаметра 11 и большего диаметра 12, приемный пь зоэлемент 13 наклеенный на секцию 12.большого диаметра, дополнительный блок формирования импульсов, включающий в себя усилитель 1, импульсный детектор 15 и формирователь 16, дополнительный блок 17 вре менной селекции, регистратор 18 инт тервалов времени. Устройство работает следующим образом. Электрические импульсы генератора 1 и импульсы, отраженные от отражающих поверхностей секций большого 3 и меньшего k диаметров передающего звукопровода с пьезо-. элемента 2 усиливаются усилителем 7 детектируются импульсным детектором 8, формируются формирователем 9 и передаются на блок 10 временной селекции. , Блок 10 временной селекции выдел ет электрические импульсы, сооТв,ет ствующие интервалу времени Ъ прохождения ультразвукового зондирующего импульса от и до передающего пьезоэлемента через коаксиальный двухсекционный звукопровод с отражающими поверхностями большего и меньшего диаметров и интервалу времени tr прохождения ультразвукового зондирующего импульса от и до передающего пьезоэлемента через передающий коаксиальный звукопровод с сек цией большего диаметра. Ультразвуковые импульсы, прошедшие от передающего пьезоэлемента 2 через передающий коаксиальный звукопровод с секцией большего 3 и меньшего k диаметра, прозвучиваемый объем газа между отражающими поверхностями секций большего и меньшего диаметра передающего и приемного коаксиальных двухсекционных звукопроводов и через две секции 11 и 12 приемного звукопровода, после преобразования в электрическое напря-, жение в приемном пьезоэлементе 13 усиливаются усилителем k, детектируются импульсным детектором 15, формируются формирователем 16 и передаются на блок 17 временной селекции. Блок 17 временной селекции выделяет электрические импульсы, соответствующие интервалу времени t прохождения ультразвукового зондирующего импульса от передающего до приемноГО пьезоэлемента через передающий и приемный двухсекционные коаксиаль- ные звукопроводь с отражающими поверхностями большего и меньшего диаметров и прозвучиваемый объем газа между отражающими поверхностями меньшего диаметра передающего и приемного коаксиальных звукопроводов. Кроме того, блок 17 временной селекции выделяет импульсы, соответствующие интервалу времени прохождения ультразвукового зондирующего импульса от передающего до приемного пьезоэлементов через передающий и приемный коаксиальные звукопроводы с отражающими поверхностями большего диaмeтpa и прозвучиваемый объем газа между отражающими поверхностями большего диаметра передающего и приемного коаксиальных звукопроводов. Регистратор 18 интервалов времени производит измерение интервалов времени t Z 2,Cj,,t4. ; Распределение температуры по се чению трубопровода определяется по формуле2 VLM.) Т - температура стенки трубопр вода; X - расстояние от стенки; М - молекулярная масса; k - показатель адиабаты исследуемого газ; R - универсальная газовая постоянная;1 - расстояние между торцами секций меньшего диаметра пе редающего и приемного коак сиальных звукопроводов; г - радиус сечения трубопроводо Распределение температуры по сечению трубопровода по формуле мо жет быть определено с достаточной степенью точности только в том случае, если выполняются условия 1 (0,08-0,2)го и D {3-5)d. Введение в устройство новых элементов и новых связей между элемент ми устройства позволяет значительно повысить точность и быстродействие измерений при исследоватении температурнух полей в газовом потоке по сечению трубопровода, что позволяет расширить сферу применения устройства. Формула изобретения Ультразвуковой измеритель распре деления температуры по сечению тру бопровода, содержащий помещенный внутрь трубопровода секций меньшего диаметра передающий двухсекцион + 6 ный коаксиальный звукопровод с передающим пьезоэлементом, соединенным с первым выходом генератора и входом блока формирования импульсов, включающим в себя последовательно соединенные усилитель, импульсный детектор и формирователь, выход которого соединен с первым входом блока временной селекции, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора, а выход соединен с первым входом регистратора интервалов времени, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия и точности измерения температуры по сечению трубопровода, в него введены приемный идентичный передающему двухсекционный коакси-альный звукопровод с приемным пьезоэлементом, дополнительные блок временной селек.ции и блок формирования импульсов, вход которого соединен с приемным пьезоэлементом, а выход - с первым входом дополнительного блока временной селекции, второй вход которого соединен с вторым выходом генератора, а выход соединен с вторым -входом регистратора интервалов времени, причем диаметры Dиd двух секций коаксиальных звукопроводов, расстояние 1 между свободными торцами секций меньших диаметров и радиус t трубопровода связаны соответственно между собой соотношениями D (3-5)d, 1 (0,08-0,2) Гс,, Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 711383, кл. G 01 К , 1977. 2. Lynnworth L.C. Industrial applications of ultrasound, A review. II Measurements, tests, and process control using low-intensity ultrasound. IEEE Trans. Sonic and Ultrasonics, 1975, 22, S 2, 71-101 (прототип).