Способ определения температуры

 

Изобретение относится к термометрии , а именно к средствам измерения температуры газовых сред по скорости распространения звука в газе. Целью изобретения является повышение точности определения температуры газовых сред. Генерируют непрерывные периодические электрические сигналы на исходной частоте (зондирующий и опорный), преобразуют электрический зондирующий сигнал в акустические колебания, излучаемые в исследуемую газовую среду. После прохождения постоянной акустической базы акустические зондирующие колебания принимают и преобразуют в электрические колебания . Разность фаз между зондирующими и опорными колебаниями фиксируют. Изменяют частоту колебаний до значения соответствующего первоначальной разности фаз, и определяют температуру исследуемой среды по разности частот колебаний после фиксирования первоначальной разности фаз между зондирующими и опорными колебаниями. После этого дополнительно нагревают исследуемую среду источником тепла известной мощности.Частоту генерируемых электрических сигналов изменяют до величины , при которой восстанавливается ранее измеренное значение разности фаз зондирующего и опорного сигналов , после чего величину регистрируют . Температуру среды Т определяют по результатам измерений по известной зависимости. 1 ил. (Л с о ел

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

ОИ

РЕСПУБЛИН (si)s С О1 К 11/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4640264/10 (22) 24.01.89 (46) 23.05.91. Бюл. ¹ 19 (72) Э.С. Браилов, А.Г. Дорош, Ю.А. Скрипник и Г.В. Юрчик (53) 536.53 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1489338, кл. G 01 К 7/30, 23. 03.87.

Бражников Н.И. Ультразвуковая фазометрия. М.: Энергия, 1968, с. 91 и 92. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ (57) Изобретение относится к термометрии, а именно к средствам измерения температуры газовых сред по скорости распространения звука в газе.

Целью изобретения является повышение точности определения температуры газовых сред. Генерируют непрерывные периодические электрические сигналы на исходной частоте (зондирующий и опорный), - преобразуют электрический зондирующий сигнал s акустические, Изобретение относится к термометрии, а именно к измерениям температуры преимущественно газовых сред по скорости распространения звука в газе.

Цель изобретения — повышение точности определения температуры.

На чертеже представлена схема устройства, реализующего предлагаемый способ определения температуры газовых сред..,SU 1651114 А1

2 колебания, излучаемые в исследуемую газовую среду. После прохождения постоянной акустической базы акустические зондирующие колебания принимают и преобразуют в электрические колебания. Разность has между зондирующими и опорными колебаниями фиксируют.

Изменяют частоту колебаний до значения соответствующего первоначальной разности фаз, и определяют температуру исследуемой среды по разности частот колебаний после фиксирования первоначальной разности фаз между зон-дирующими и опорными колебаниями. Пос, ле этого дополнительно нагревают исследуемую среду источником тепла известной мощности. Частоту г ен ерируемых электрических сигналов изменяют до величины, при к отор ой восс тана вливается ранее измеренное значение разности фаз зондирующего и опорного сигналов, после чего величину f регистри- ф ..руют. Температуру среды Т определяют по результатам измерений по известной ф зависимости. 1 ил . Сд

Устройство содержит генератор

1 электрических колебаний регулируемой частоты с цифровым частотомером

2, последовательно соединенные усилитель 3 мощности, акустическую камеру 4 с акустическим излучателем 5, приемником 6 и электронагревателем 7, усилитель 8 напряжения и фазометр 9, опорный вход которого подключен непосредственно к генератору 1, регулируемый источник 10 питания, соеди1651114 ненный через цифровой амперметр 11 с нагревателем 1 акустической камеры 4, которая термоизолирована от окружающей среды и подогревается регулируемым источником 10 питания.

Способ определения температуры газовых сред осуществляют следующим образом.

Возбуждают непрерывные электрические колебания на исходной частоте f<, которую измеряют цифровым частотомером. Непрерывные колебания частоты Х» разделяют на зондирующие и опорные. Преобразуют электрические колебания в акустические колебания и излучают их в акустическую камеру с исследуемой газовой средой и постоянной акустической базой 0ь . Принимают прошедшие исследуемую среду зондирующие акустические колебания и преобразуют их в электрические колебания. фиксируют фазометром разность фаз между зондирующими и опорными электрическими к ол еб а ниями (q, = г,к. (1)

/R где а "- — коэффициент, определяе- 30

Р мый составом газовой

Ср смеси (= — — отношеС ние удельных теплоемкостей, R - унивеРсальная газовая постоянная, р— молекулярная масса газа);

Т вЂ” температура исследуемой среды. 40

Вначале фиксируют. разность фаз ф соответствующую измеряемой температуре Т, Затем дополнительно нагревают. акустическую камеру, пропуская через ее нагреватель электрический 45 ток. Величину тока выбирают такой, чтобы показание фазометра уменьшилось на 2-З (на два — три деления при 100 делениях шкалы фазометра)

Ф 2 1 го 2 - о

1»7 (2) где Д Т вЂ” дополнительный нагрев исследуемой среды, 1

ТемпеРатура дополнительного нагре ва исследуемой среды, находящейся в акустической камер е, пр опор пнональна электрической мощности, рассеиваемой нагревателем камеры

ДТ = KI ° R, где R — электрическое сопротивление нагревателя камеры;

К вЂ” коэффициент, учитывающий тепловую связь между нагревателем и газовой средой камеры.

Увеличивают частоту зондирующих и опорных колебаний до получения первоначальной разности фаз

0(, л (4) 2 где f>=f,+

+gf измененное значение частоты колебаний.

Измеряют полученное значение частоты f2 цифровым частотомером.

Приравнивая (4) и (1), получают (f + д f)o(f»ос

А

1 а(Т + Д) aT (5) После преобразования выражения (5) имеют (f + Дf) = f 1+ — ° (6) ДТ

1 Т

При указанном перегреве исследуемой среды (изменение. показания фазометра на 2-,3 деления) ДТ (с Т и поэтомуу

ДТ

1 +—

2Т (7) Подставляя (7) в (6) с учетом вь|ражения (3), получают

ДТ КТ »К

-f f — =- — — f

2Т 2Т (8) Решив уравнение (8) относительно температуры, получают

КР R

Т= — — — -

Ф

К2- Е . 2 (9) Из полУченного выражения (9) следует, что измеряемая температура не зависит от состава исследуемой смеси (и 1Ц ) и постоянства акусти25

35

45

165! 1 ческой базы 0 . Исключаются также погрешности от неравномерности амплитудно-частотных характеристик (АЧХ) излучателей и приемников акустических колебаний.

Опр еделение коэффициента тепловой связи К, входящего в расчетную формулу (9), осуществляют в процессе калибровки акустической камеры.Для этого осуществляют дополнительный нагрев контролируемой среды из условия (2) и измеряют температуру среды Т . Затем нагрев компенсируют соответствующим изменением частоты колебаний 15 и по измеренным значениям Е,, f<, Хп и I< определяют общий термический коэффициент

KR (f — f< ) Io (град 20

2 f1I (А ) В дальнейшем термический коэффиKR циент камеры (= —,-) используется

2 для определения температуры исследуемых сред.

Способ определения температуры реализуется в устройстве следующим образом.

Генератор 1 через усилитель 3 мощности возбуждает в излучателе 5 незатухающие акустические колебания, которые проходят исследуемую среду камеры 4 и воспринимаются приемником 6. Принятые колебания усиливаются усилителем 8 и поступают на сигнальные входы фазометра 9, на опорный вход которого поступают непосредственно колебания генератора

1. Вначале по амперметру 11 устанавливается нулевое значение тока нагревателя 7 акустической камеры 4.Частоту колебаний генератора 1 в дипазаоне 12 кГц устанавливают такой, чтобы фазометр 9 давал нулевое показание.

Значение этой частоты f< измеряют цифровым частотомером 2. Затем через нагреватель 7 пропускают. ток от регулируемого источника 10 такой величины, чтобы указать, что фаэометр 9 отклонился на 2-3 деления от нуля. После получения установившегося отклонения фаэометра с учетом тепловой инерционности камеры 4 измеряют величину тока амперметром

11 и изменяют частоту колебаний генератора 1 до восстановпения нулевого показания фазометра 9 ° Соответству14

6 ющее значение частоты f< генератора l измеряется частотомером 2, По измеренным значениям частот f и f< и величине тока по формуле (9) рассчитывают температуру исследуемой . среды, Значение термического коэффициента g определяют в процессе калибровки акустической камеры. Для индикации разности фаз зондирующих и опорных колебаний используют электронный фазометр Ф2-16, отсчет частоты колебаний генератора 1 осуществляется по электронно-счетному частотомеру ЧЗ-34 и электрического тока по цифровому амперметру Ф вЂ 5. В качестве камеры 4 используют термостатированную камеру от акустического газоанализатора типа УЗГ с пьезокерамическими излучателем и приемником.

Нагреватель камеры отключен от терморегулятора и подключен к регулируемому источнику питания типа Б$-27.

В качестве исследуемой среды используется углекислый газ (скорость распространения при 20 С 258,3 м/с), температура которого изменяется от

+25 до +150 С. Погрешность измерения не превышает Ô0,1 С, Использование предлагаемого способа наиболее эффективно для определения температуры агрессивных и токсичных газовых смесей, например парогазовых смесей из различных галогенов, используемых в технологическом процессе получения оптических волокон.

Формула изобретения

Способ определения температуры, включающий генерирование двух периодических электрических сигналов равной и заданной частоты, преобразование первого электрического сигнала в акустические колебания, измеряемые в исследуемую среду, обратное преобразование акустических колебаний в электрический сигнал после прохождения известного расстояния в исследуемой среде и измерение разности фаз между преобразованным и вторым генерируемым электрическими сигналами, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, после изме-рения разности фаз дополнительно нагревают исследуемую среду источником тепла известной мощности, измеряют вновь установившееся после этого зна чение разности фаз между преобразован1651114 тоты генерируемых колебаний, а температуру Т исследуемой среды определяют по формуле

Составитель Е. Рязанцев

Техред С,Мигунова Корректор М. Самборская

Редактор А. Козориз .т

Тираж 389

Заказ 1601

Подписное

ВНИКПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". r.Óæãîðoä, ул. Гагарина,301 ным и вторым генерируемым электрическим сигналами, изменяют частоту генерируемых электрических сигналов до тех пор, пока вновь установившееся значение разности фаз не станет равным первоначально измеренному, и при выпапнении этого условия регистрируют соответствующее значение fg часf4

Т = — — = <

К - термический коэФфициент исследуемой среды.