Ультразвуковой измеритель распределения температуры по сечению трубопровода

 

Союз Советсннк

Соцнапистнчеснми .

Респубинн

К АВТОРСКОМУ СВИДВТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт, санд-ву (22) Заявлено 04. 09. 80 (21) 2978643/18-10 (Sl)M. Кл.

G 01 К 11/24 с присоединением заявки М (23 ) Приоритет 2 7 09 ° 79

Государстаипай кенитет

СССР ло делаи иэабретеиий и юткрытий (53) УДК536. 53 (088. 8) Опубликовано 23.05.82. Бюллетень М19

Дата опубликования описания 23 05 ° 82 (72) Авторы изобретения

А.Н.Меркурьев, И.И.Кривоносов и M.Á.Ìèò (7l) Заявитель (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ

ТЕМПЕРАТУРЫ ПО СЕ4ЕНИЮ ТРУБОПРОВОДА

Изобретение относится к темпера-. турным 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, измерительную схему (1) .

Недостатком устройства являются его ограниченные возможности, связанные с измерением только средней ,температуры по сечению трубопровода.

Наиболее близким по технической сущности 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 форми" рователь, выход которого соединен с первым входом блока временной селек" ции, второй вход. которого соединен

S с вторым выходом генератора, а выход соединен с первым входом регистратора интервалов времени. Этот измеритель работает по принципу эхо-импульс.

1О ной локации, определяя температурный профиль исследуемого объема по интервалу времени между импульсами; соответствующими определенной паре отражающих поверхностей P2).

Однако это устройство не обеспечивает измерения распределения температуры с необходимой точностью и быстродействием из-эа большой тепловой инерции вводимого в поток стержневого трубопровода.

Цель изобретения - повышение быстродействия и точности измерения температуры по сечению трубопровода. хождения ультразвукового зондирующего импульса от и до передающего пьезоэлемента через коаксиальный двухсекционный звукопровод с отражающими поверхностями большего и меньшего диаметров и интервалу времени Гд 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 4 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-, г жение в приемном пьезоэлементе 13 усиливаются усилителем 14, детектируются импульсным детектором 15, формируются формирователем 16 и передаются на блок 17 временной селекции.

Блок 17 временной селекции выделяет электрические импульсы, соответь ствующие интервалу времени ; прохождения ультразвукового зондирующего импульса от передающего до приемного пьезоэлемента через передающий и приемный двухсекционные коаксиальные звукопроводы 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 за между отражающими поверхностями большего диаметра передающего и приемного коаксиальных звукопроводов.

Регистратор 18 интервалов времени производит измерение интервалов времени, = z, y,Тд °

3 930024 4

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены приемный идентичный передающему двухсекционный коаксиальный звукопровод с прием. ным пьезоэлементом, дополнительные 5 блок временной селекции и блок формирования импульсов, вход которого соединен с приемным пьезоэлементом, а выход " с,первым входом дополнительного блока временной елекции, ® второй .вход которого соединен с вторым выходом генератора,: а выход соединен с вторым входом регистратора интервалов времени, причем диаметры 0 и д двух секций коакси- 15 альных звукопроводов, расстояние 1 между свободными торцами секций ме-. ньших диаметров и радиус r трубопровода связаны соответственно между собой соотношениями 0=(3 -5)d; 1= 20

=(0,08-0,2) r

На чертеже приведена схема устройства.

Устройство содержит генератор 1 электрических импульсов, передающий у5 пьезоэлемент 2, переДающие коаксиальные звукопроводы большего диаметра 3 и меньшего диаметра 4, трубопровод 5 с исследуемым потоком газа 6, блок формирования. импульсов, 5В включающий в себя усилитель 7, импульсный детектор 8, формирователь 9, блок 10 .временной селекции, приемные звукоароводы меньшего диаметра 11 и "большего диаметра 13, приемный пьезоэлемент 13, наклеенный на секцию

12 .большого диаметра, дополнительный блок формирования импульсов, включающий в себя усилитель 14, им- . пульсный детектор 15 и формирова" . тель 16, дополнительный блок 17 временной 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 4 диаметров передающего звукопровода с пьезо-, элемента 2 усиливаются усилителем 7р деТектируются импульсным детекто- „ диаметра и прозвучиваемый объем гаром 8, формируются формирователем

9 и передаются на блок 10 временной селекции.

Блок 10 временной селекции выделя. ет электрические импульсы, соответствующие интервалу времени + проРаспределение температуры по сечению трубопровода определяется по формуле

2 ,2. х а(Ь -С )

ТХ= Т + (ab -То) () Ос -T

О

Ь; а=

1 М 2r с - - —, kR 1-, -(. где Т - температура стенки трубопроО вода; х - расстояние от стенки;

М - молекулярная масса; показатель адиабаты исследуемого газ; к — универсальная газовая постоянная;

1 — расстояние между торцами секций меньшего диаметра пе-редающего и приемного коаксиальных звукопроводов;

ro — радиус сечения трубопроводов

Распределение температуры по сечению трубопровода по формуле может быть определено с достаточной степенью точности только в том случае, .если выполняются условия

1 = (0,08-0,2)ro и D = (3-5)d °

Введение в устройство новых элементов и новых связей между элементами устройства позволяет значительно повысить точность и быстродействие измерений при исследоватении температурных полей в газовом потоке по сечению трубопровода, что позволяет расширить сферу применения устройства. формула изобретения

Ультразвуковой измеритель распределения температуры по сечению трубопровода, содержащий помещенный внутрь трубопровода секций меньшего диаметра передающий двухсекцион930024- 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 коаксиальный звукопровод с приемным пьезоэлементом, дополнительные блок временной селекции 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 0 и д

3Î двух секций коаксиальных звукопроводов, расстояние 1 между свободными торцами секций меньших диаметров и радиус r трубопровода связаны соответственно между собой соотноше35 ниями 0 = (3-5)d, 1 = (0,08-0,2)r0.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

N 711383, кл. G 01 К !1/24, !977.

4р 2. Lynnworth L.Ñ. Industrial

applications of u!trasound. A review. I1 Measurenents, tests, and

process control us п0 1ок-intens ty

ultrasound. "IEEE Trans. Ьоп1с and

4s,Ultrasonics", 1975, 22, Г 2, 71-101

i (прототип).

930024

Составитель Я. Соболев

Редактор Т. Кугрышева Техред И. Гергель Корректор А. Дзятко

Заказ 3452/51 Тираж 883 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж- 35, Раушская наб., д.4/5 филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул. Проектная, 4