Ультразвуковой измеритель скорости потока газовых сред Советский патент 1982 года по МПК G01P5/24 

(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ПОТОКА ГАЗОВЫХ СРЕД

f

Изобретение относится к технике контроля и предназначено для измерения малых скоростей (порядка 10 см/с) потоков агрессивных газовых сред, используемых для проведения технологических процессов при создании элеNKHTHoft базы микроэлектроники.

Известен акустический газоанали затор, .ссдерисащий эталонный и измерительный каналы, два акустических преобразователя, генераторимпульсов, формирующие каскады, два триггера, дифференцирующую цепочку и выходное устройство HI.

В данном акустическом газоанализаторе скорость распространения УЗ колебании в исследуемой среде определяется путем сравнения аремени прохождения посылок УЗ импульсов фиксированного расстояния в измерительном и эталонном каналах.

В связи с тем, что в магистральных газовых линиях отношение скоростей газовых потоков, используемлх в технологических операциях, к скорости распространения УЗ колебаний в исследуемой среде лежит в пределах ( - , метод, положенный в основу работы устройства, для

контроля малУх скоростей потока газа становится неприменим.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой расходомер, содержащий измерительный канал, два обрати№ах электроакустических преобразователя, подключенных к выходу генератора зондируквдих импульсов и входам

10 измерителя разности фаз, и выходное устройство C2J.

Недостатком известного устройства является невозможность его использования для измерения расхода агрессив15гых сред, а также невысокая точность измерения. . .

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения измерений ско20рости потока агрессивных газовых сред и увеличение точности измерений.

Поставленная цель достигается тем, что измерительный кангш выполнен в виде- трубы постоянного диамет25ра с длиной, кратной половине длины ультразвуковой волньг, каждый обратимый электроакустический преобразователь снабжен звукопроводом и закреплен в трубопроводе посредством

30 пары четвертьволновых буферных эле Jeнтoв, а генератор зондирующих импульсов выполнен в виде формирователя, один вход которого подключен к генератору непрерывных ультразвуковых колебаний, а другой - к выходу генератора импульсов. Всякое колеблкядееся упругое тело можно представить эквивалентной электрической схемой, состоящей из индуктивности, емкости и активного сопротивленияi так как газ, ограниченный стенками рабочей камеры и звукопроводами, представляет из себя колеблющееся упругое- тело, то чтобы индицировать малые газовые по токи со скоростью порядка 10 см/с по изменению фазы принимаемых колебаний, необходимо объем рабочей камеры для ультразвука сделать резонансным. Это достигается, если расстояние t между акустическими преоб разователями кратно половине длины УЗ волны. В этом случае зависимость фазы УЗ колебания от изменения част ты вследствие эффекта Доплера в области акустического ре зонанса рабочего объема датчика имеет линейный характер и пропорциональна величине TCnd ± . где п - число полуволн, укладывающихся по длине рабочей камеры. На фиг.1 показана блок-схема уст ройства; на фиг.2 - изменение фазы УЗ колебаний в окрестности резонанс ной частоты датчика. Устройство содержит акустические преобразователи 1, звукопроводы 2, четвертьволновые (буферные элементы 3, рабочую камеру 4, прокладки 5 трубу б измерительного канала с отверстиями 7 для входа и выхода газо вого потока, генератор 8 непрерывны УЗ колебаний, генератор 9 импульсов формирователь 10 зондирующих импуль со®, измеритель 11 разности фаз и выходное устройство 12. Акустические преобразователи 1 закреплены в трубе измерител|5ного к нала через пару четвертьволновых элементов 3 и соединены через звуко провод 2 с рабочей камерой 4. Кор.пус б соединен через четвертьволновые буферные элементы 3 и прокладки 5 с акустическими преобразоватееями 1, к которым подсоединен измеитель 11 разности фаз и формирователь 10 зондирующих импульсов, с подключенными к нему УЗ генератором 8, генератором 9 импульсов и фа зовым детектором 11, соединенным с выходным устройством 12. Устройство предназначается для контроля скорости- потока агрессивны газовых сред при выполнении злементов, образуквдих рабочую камеру из агрессивностойких материалов.. Так, при контроле газовых потоков, используемых для проведения технологических процессов при создании активных элементов микроэлектронных узлов, звукопрочод и четвертьволновые элементы выполняются из стали, прокладки - из агрессивностойкой резины, корпус - из фторопласта. Работа устройства рассматривается в режиме потока газовой смеси через отверстия 7 в рабочей камере измерительного канала. Контроль скорости потока производится с помощью индикации разности фаз УЗ колебаний, распространяющихся по -направлению и против направления движения газовой среды в резонансном (для рабочей частоты УЗ колебания) объеме рабочей камеры. Индикация фазы .в предлагаемом устройстве (фазовый детектор) производится на участке ( - }, где зависимость фазы f от частоты V имеет линейный характер. Устройство работает следующим об.разом, 3 перйом такте (такте излучения) сигнал с УЗ генератора 8 и с генератора 9 импульсов поступает на формиров атель 10 и с него в виде пакетов высокочастотных электрических колебаний поступает на акустические пре- образователи 1, ра,ботающие как излучатели ультразвука ,У3. колебания через звукопровод 2, выполненный размером в половину длины волны, поступают в рабочий объем датчика 4. От корпуса б преобразователи 1 акустически изолированы четвертьволновыми элементами.3 и прокладками 5. Во время такта -излучения измеритель 11 разности фаз закрыт. Для того, чтобы пакеты УЗ колебаний не Действовали на пьезоэлементы в режиме излучения, длительность такта излучения меньше времени распространения УЗ колебаний между звукопроводами 2. Во время второго такта {такта приема) формирователь 10 от УЗ генерат;ора 8 и генератора 9 импульсов отключен, а на открытые входы измерителя Г1 разности фаз поступают сигналы с акустических преобразователей 1, работающих как приемники ультразвука. Сигнал, пропорциональный разности фаз, поступает на выходное устройство 12, где производится его индикация. Проверка работы устройства на частоте 0,5 МГц показывает уверенную индикацию скорости потока агрессивной газовой среды порядка 0,1 м/с что является расширением диапазона при контроле скорости агрессивных газов ультразвуковыми методами.

Формула изобретения

Ультразвуковой измеритель скорости потока газовых сред, содержащий измерительный канал, два обратимых электроакустических преобразователя, подключенных к выходу генератора зондирующих импульсов и входам измерителя разности фаз, и, выходное, устройство, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения измерения скорости потока агрессивных газовых сред и увеличения точности измерений, измерительный канал выполнен в виде трубы постоянного диаметра с длиной,, кратной половине длины ультразвуковой

волны, каждый обратимый электроакустический преобразователь снабжен звукопроводом и закреплен в трубопроводе посредством пары четвертьволновых буферных элементов, а генератор зондирующих имупльсов выполнен в виде формирователя, один вход которого подключен к генератору непрерывных ультразвуковых колебаний,а другой к выходу генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 610012, кл. G 01 N 29/00, 1976.

2.Биргер Г..И., Бражников Н.И. /льтразвуковые расходомеры. М., Me- галлургия, 1964, с. 306 (прототип).

2

О

п 2