Измеритель скорости звука в жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01N29/00 G01H3/00 

(54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ ЗВУКА В ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к гидрофизическим измерениям и может быть применено для контроля параметров среды.

Известно устройство для измерения скорости распространения ультразвука, содержащее излучающий и приемный пьезоэлектрические преобразователи, подключенный к излучающему пьезопреобразователю генератор, усилитель, соединенный с приемным пьезопреобразователем формирователь временных интервалов, интегратор и преобразователь напряжения в частоту 11.

Недостатками данного устройства являются сложность, а также зависимость результатов измерения от изменения питающего напряжения.

Наиболее близким к изобретению является измеритель скорости звука в жидкости, содержащий генератор импульсов, подключенный к нему излучающий пьезопреобразователь,приемный преобразователь, соединенный с ним усилитель и измерительный частотомер 23.

Недостатками известного устройства является наличие большого числа регулируемых элементов, а также

относительно большая зависимость результатов измерений от величины питающего напряжения. .

Цель изобретения - упрощение измерителя и повышение стабильности его при изменении питающего напряжения.

Постааэленная цель достигается-тем, что в измерителе скорости звука в

10 жидкости, содержащем генератор импульсов, подключенный к нему излучающий пьезопреобразователь, приемный пьезопреобразователь, соединенный с ним усилитель и измеритель15ньй 4acTOTOf(iep, генератор выполнен из двух каскадов, первый из которых содержит первый п-р-п-транзистор, подключаемый эмиттером через первый резистор к отрицательному по20люсу источника питания, коллектор его соединен через второй резистор с общей .шиной, подключаемой к положительному полюсу источника питания, база его соединена с отрицательным

25 полюсом источника питания через последовательно соединенные .дроссель, первый и второй диодаа, положительный полюс первого диода .соединен с дросселем, отрицательный его полюс 30с положительным полюсом второго диода, второй каскад генератора выполнен на р-п-р-транзисторе, коллектор соединяемым с отрицательным полюсом источника питания, база его соедине на с эмиттером первого п-р-п-тран-: зистора, эмиттер его соединен с общей шиной через третий резистор, и через первый конденсатор с Эмиттеро первого п-р-п-транзистора, -параллел но третьему резистору включен излу чатель .пьезопреобразователь, усилиталь выполнен на трансформаторе и втором п-р-п-транзисторе, коллектором, соединяе№1М с общей шиной через четвертый резистор,и с отрицательным полюсом источника питания - через второй конденсатор, эми тер его соединен с базой первого п-р-п-транзистора и с собственной базой через последовательно соедине ные третий конденсатор, и .вторичную обмотку трансформатора, начало которой, соединено с третьим конденсатором, первичная обмотка трансформа тора соединена с приемным пьеэопреобразователем, конец ее соединен с общей шиной, а ее начало - с эмитте ром р-п-р-транзистора через четвертый конденсатор, а-база второго п.-р-п-транзистора соединена через пятый резистор с эмиттером р- п-ртранзистора. На фиг.1 изображена принципиальная схема измерителя; на фиг.2 временные диаграммы, поясняющие работу измерителя. Измеритель скорости звука в жидкости содержит генератор 1 импульсов, подключенный к нему излучающий пьезопреобразователь 2, приемный пьезопреобразователь -3, соединенный с ним усилитель 4 и измерительный частотомер 5. Генератор 1 импульсов выполнен из двух каскадов, первый из которых содержит первый п-р-птранзистор б , подключаемый -эмитт-ером через первый резистор 7 к отрицательномуполюсу источника питания (не показан), коллектор его сое динен через второй резистор 8 с общ щиной, подключаемой к положительном полюсу источника питания, база его соединена с отрицательным полюсом источника питания через последовательно соединенные дроссель 9, перв 10 и.второй 11 диоды, при этом положительный полюс первого диода 10 соединен с дросселем 9, отрицательный его полюс - с положительным полюсом второго диода 11. Второй каскад генератора 1 выполнен на р-п-р-транзисторе 12, коллектором соединяемым с отрицательным полюсом источника питания, база его соединена G эмиттером первого п-р-п-тран зистора 6, эмиттер его соединен с о щей шиной через третий резистор 13 и через первый конденсатор 14 с эми тером первого п-р-п-тра;нзистора 6, параллельно третьему резистору 13 включен излучающий пьезопреобразователь 2. Усилитель выполнен на трансформаторе 15 и втором п-р-птранзисторе 16, коллектором соединенным с общей шиной через четвертый резистор 17 и с отрицательным полюсом источника питания - через второй конденсатор 18, эмиттер его соединен с базой первого п-р-п-транзистора бис собственной базой через последовательно соединенные третий конденсатор 19 и вторичную обмотку трансформатора. Начало вторичной обмотки трансформатора 15 соединено с третьим конденсатором 19, первичная обмотка его соединена с приемным пьезопреобразователем 3, конец ее ( соединен с общей шиной, а ее начало с эмиттером р-п-р-транзистора 12 через четвертый конденсатор 20, а база второго п-р-п-транзистора 16 соединена через пятый резистор 21 с эмиттером р-п-р-транзистора 12. Измеритель скорости звука в жидкости работает следующим образом. Генератор 1 импульсов подготавливается- к генерации, если транзистор 16 открыт и его эмиттерный ток, протекающий через диоды 10 и 11, создает на базе транзистора 6 отпирающий потенцисш. На эмиттере транзистора 6 генерируются импульсы с крутым отрицательным и пологим положительным фронтом (фиг.2 а ), амплитуда которых близка к напряжению питания. Частота генерации определяется резисторами 7 и 13, конденсатором 14 и емкостью излучающего пьезопреобразователя 2. ЧаЬтота автоколебаний выбирается ниже самой низкой рабочей частоты. За счет ударного возбуждения демпфированного пьезопреобразователя 2 после прохождения отрицательного фронта в жидкости возбуждается цуг акустических колебаний из нескольких периодов.частоты 1-3 МГц. Принятый приемным пьезрпреобразователем 3 сигнал преобразуется в электрический импульс (фиг.2 5) и через трансформатор 15 подается на базу.транзистора 16. Повторенный транзистором 16 входной сигнал выделяется на нагрузке, в качестве которой использованы дроссель 9 и диоды 10 и 11. В момент прихода принимаемого сигнсша транзистор 6 заперт смещением на его эмиттере за счет напряжения на конденсаторе 14. Положительная волна напряжения на базе транзистора 6 превышает запирающее смещение на его эмиттере, и транзистор 6 открывается, происходит разряд конденсатора 14. Генератор 1 импульсов вновь срабатывает и возбуждает пьезопреобразователь 2. Если

акустический импульс по какой-либо причине не будет принят, то генератор 1 импульсов будет работать в . режиме самовозбуждения. Выходом измерителя является эмиттер транзистора 6.

Селекция по времени рабочих сигнлов осуществляется путем запирания транзистора 16 на определенный интервал времени после возбуждения излучающего пьезопреобразователя 2 Для этого через конденсатор 20 Част напр1яжения с выхода генератора 1 передается на приемный пьезопреобразователь 3 и далее через трансформатор 15 - в цепь базы транзистора 16.

Транзистор 16 открывается. Одновременно заряжается конденсатор 19. После окончания короткого входного импульса напряжение на конденсаторе 19 поддерживает транзистор 16 в SanepTOM состоянии, а после разряда конденсатора 19 транзистор 16 плавно отпирается {фиг.2г).

Параметры цепи разряда конденсатора 19 подбираются так, чтобы к моменту прихода рабочего импульса транзистор 16 успел открыться.

Стабилизация по напряжению питания осуществляется за счет изменения запирающего напряжения на эмиттере транзистора 6 при изменении питания, так как запирающее напряжение пропорционально напряжению питания и возрастает с его увеличением, а с уменьшением - убывает:

Диоды 10 и 11 Осуществляют термокомпенсацию смещения на базе транзистора 6 и повышают температурную стабильность измерителя.

Ичзпользрвание предлагаемого измерителя позволяет повысить точность измерений и снизить требования тс стабильности источника питания.

Формула изобретения

Измеритель скорости звука в жидкости, содержащий генератор импульcoiB, подключенный к нему излучающий пьезопреобразователь, приемный пьезопреобразователь, соединенный с ним усилитель и измерительный частотсдаер, отличающийся тем, что, с целью упрощения измерителя и повышения стабильности его при изменении питающего нйпряжения, генератор выполнен из двух каскадов, первый из которых содержит первый п-р-п транзистор,подключаемый эмитте5 ром через первый резистор к отрицательному полюсу источника питания, коллектор его соединен через второй резистор с Тобщей шиной, подключаемой к положительному полюсу источ0 ника питания, база его соединена с отрицательным полюсом источника питания через последовательна соединенные дроссель, первый и второй диода, положительный полюс первого,

5 диода соединен с дросселем, отрицательный его полюс - с положительным полюсом второго диода, второй каскад генератора выполнен на p-ii- транзисторе, коллектором соединяе0 мым с отрицательным полюсом источника питания, база его соеданена с эмиттером первого п р-п-транзистора, Э1литтер его соединен с общей шиной через третий,резистор и через первый

5 конденсатор с эмиттером первого п-р-п-транзистора, параллельно третьему резистору включен излучающий пьезопреобразователь, усилитель выполнен на трансформаторе и втором

0 п-р-п-транзисторе, коллектором,

- соединяемым с общей шиной через четвертый резистор, и с отрицательным полюсом источника питания - через второй конденсатор, эмиттер его сое- динен с базой первого п-р-п-транзистора и с собственной базой через последовательно соединенные третий конденсатор и вторичную обмотку трансформатора, начало которой соединено с третьим конденсатором, первичная

0 обмотка трансформатора соединена с приемным пьезопреобразователем, конец ее соединен с общей шиной, а ее начало - с эмиттером р-п-р-транзистора через четвертый конденсатор,

5 а база второго п-р- -транзистора

соединена через пятый резистор с эмиттером р-п-р-транзистора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 0 1.. Авторское свидетельство СССР 599206, кл. G 01 N 29/00.

JU

JU