Устройство для измерения температуры

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6t) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 271179 (21) 2843686/18-10 (51) M. Кл.

Союз Советских

Социалистических

Реслублик с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 К 11/24

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 1506,81. Бюллетень No 22

Дата опубликования описания 150681 (53) УДК 536. 53 (088.8) (72) Авторы изобретения

П.-Б.П.Милюс и И.Ю.Буткус ,4

l

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (71) Заявитель (5 4 ) УСТРОРСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИИ ТЕМПЕРАТУРЫ

Изобретение относится к термометрии и может быть использовано при контроле параметров высокотемпературных газовых потоков.

Известно устройство для измерения температуры, содержащее ультразвуковые излучатель и .приемник, механичес ки соединенные с системой перемещения и подключенные к блоку измерения Г15 .

Однако данное устройство не обеспечивает требуемой точности измерения иэ-за погрешности, обусловленной неидентичностью узлов перемещения преобразователей, самих преобразователей и фазовых характеристик усилителей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому 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 входам приемника и излучателя 21.

Однако данное устройство не обладает требуемой точностью измерения потому, что блок измерения, подключенный к пьезоэлектрическим преобра. эователям, излучателю и приемнику, существенно влияет на работу блока выделения, подключенного к тем же преобразователям и имеющего очень высокое входное сопротивление (R

1О

bx

10 Ом), необходимое для измерения электростатического потенциала на обкладках пьезопреобразователей. Значительное влияние при таких измерени- " ях оказывает и электроиэоляция измерительных цепей. Кроме того, электро- статический 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

ЗО выделения сигналов, к входам которых

838425 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 генераторрв 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 .«о второму входу триггера. 15

Кроме того, каждый блок выделения сигналов содержит соединенные последовательно коммутатор, детектор, дифференциатор и триггер, выход которого подключен ко второму выходу блока, gQ а вход триггера подсоединен к третьему входу блока выделения сигналов, к первому и второму входу которого подключены входы коммутатора, выход которого подсоединен к первому выходу блока.

На фиг. 1 представлена структурная схема устройства; на фиг. 2 временные осцилограммы(f7 — 2,5), Устройство содержит ультразвуковой излучатель 1, приемник 2, систему 3 перемещения излучателя и приемника, блок 4 измерения, схему 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 об- 40 разом.

В начальный момент времени (фиг.

2).после включения электропитания устройства преобразователи вводятся в исследуемую среду и блок 4 иэмере- 45 ния вырабатывает сигнальный импульс (17), который преобразователем 1 излучается в исследуемую среду и принимается приемным преобразователем 2.

Принятый пьезоприемным 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 6 качающейся частоты (ГКЧ), триггеры Ц)

8 и 14 и генераторы 9 и 10 импульсов. ГКЧ 6 вырабатывает синусоидальный сигнал, частота которого в какойто момент времени t (18) становится равной резонансной частоте менее нагретого преобразователя, а затем в момент времени t4 (19) и резонансной частоте более нагретого пьезопреобразователя. С увеличением температуры нагрева резонансные частоты пьезопреобразователей 1 и 2 увеличиваются. Так как ГКЧ 6 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

t„- (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

6 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 измерения частоты ГКЧ 6 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 LiNbO>1910 С.

Второй генератор 10 импульсов вырабатывает импульсы 24, длительность которых соответствует промежутку времени t-t<, 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, больше длительности им-. пульса, поступающего от первого ге838425 нератора 9 импульсов, то схема 5 формирования сигналов ввода-вывода выдает команду 25 о выводе пьезопреобразователей с исследуемой среды. И, каобооот, если длительность импульсами. 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 15 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 20 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 процесс измерения повторяется.

Предлагаемое устройство наряду с повышением точности измерения позволяет повысить надежность контроля высокотемпературных сред за счет то- 40

ro, что управление системой вводавывода ультразвуковых преобразователей в исследуемую среду осуществляется автоматически по температуре наиболее нагретого преобразователя. Кроме 4 того, это дает воэможность автоматизировать ультразвуковые системы контроля высокотемпературных сред, основанные на определении скорости ультразвука в контролируемых средах, и расширяет область применения ультразвуковых контрольно-измерительных систем.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения температуры, содержащее ультразвуковые преобразователи — излучатель и приемник, механически соединенные с системой перемещения, подключенной к выходу схемы формирования сигналов, блок измерения, подсоединенный к входам приемника и излучателя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, в устройство введены генератор качающейся частоты, триггер, генераторы импульсов, схема ИЛИ, блоки выделения сигналов, к входам которых подключены вйходы 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 генераторов 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.

2, Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что каждый блок выделения сигналов содержит соединенные последовательно коммутатор, 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 коммутатора, выход которого подсоединен к первому выходу блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Бовшеверов В.M. и др. Акустический термометр-интерферометр для измерения температуры в стратосфере.—

"Фиэика атмосферы и океана", 1969,4, 9 10.

2. Авторское свидетельство СССР цо заявке Р 2670089, кл. G 01 К 11/24, 05.10.78 (прототип).

/6 i

1

1

1 Фие./

Фж2

Составитель A.Òåðåõîâ

Редактор A.Íàóðñêîâ Техред.М. Голинка Корректор Ю. Макаренко

Заказ 4411/60 Тираж 907 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ппп "патент", r. Ужгород, ул. проектная, 4