Патент ссср 166156
Иллюстрации
Реферат
lb 6 I5b
ОПИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советских
Социалистических
Республик
Кл, 42k, 14р4
Зависимое от авт. свидетельства ¹
Заявлено 02 1Х.1963 (№ 855075/26-25) с присоединением заявки №
Приоритет
Опубликовано 10.Х1.1904. Бюллетень № 21
Дата опубликования описания 11.Xll.1964
МПК G Oll
Государственный комитет по делам изо6ретений и открытий СССР
УДК
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ДАТЧ ИК
Пог)пппгая :1>уппп М 116
Изобретение относится к устройствам для измерения параметров газообразиых или жидких сред, основанным из возбуждении ул трааиуковых колебаний в измеряемой среда
Известны ультразвуковые датчики, поз».>ляющие изолировать их от контролируемой среды, содержащие генератор ультразвуко»ых колебаний, пьезопреобразователи, сплошные звукопроводы, усилитель и регистрирующий прибор, служащие для определения давления газообразных или жидких сред.
Недостаток этих датчиков — необходимость непосредственного контакта пьезопреобразователей с измеряемой средой, что ограиичи»аег область их применения; к тому же происходит излучение звука в газ и монтажную арматуру излучателя, образуется паразцтцый канал связи между излучателем и приемником, являющийся источником ошибок измерения. На величину выходного сигнала оказывает»лияиие изменение характеристик электронных устройств.
В предлагаемом датчике измерительная кал ера выполнена из двух коаксиальиыx цилиндров, торцы которых связаны ме>кду собой; внутренний цилиндр состоит из двух частей, в каждой из которых имеется дио и расположен свободный торец звукопровода, совмещенный с этим дном, а иа выходе усилителя п<.дключепа схема совпадений, второй вход
2 которой соединен с триггером, связанным с генератором ультразвуковых колебаний. Это поз»оляет выделить во времени полезный сигнал из помех, возникающих из-за паразит»ой циркуляции ультразвука в измерительной кал сре.
Для определения газообразных или жидких сред, заключенных в измерительную камеру, между генератором ультразвуковых колебаний н усцлитслсм включены п следовательно триггер с одним устойчивым состоянием и триггер с двумя устойчивыми состояниями, а выходы схемы со»падений и триггер с двумя устойчивыми состояниями соединены с вычислитель ным устройствол, связанным с регистратором.
Для устранения нестабильности выхо.мого сигнала примеиепа система а»томатического регулирования.
На черте>ке показана схема измерения да»лепин газообразных сред с помощью ультразвука.
Схема содержит генератор радиоимпульсо»
1, пьезопреобразоватсль 2, звукопроводы т и
4, измерительную камеру 5, пьсзоприемпцк Г, усилители 7 и 8, триггеры 9, 10 и П, ся му совпадений 12, вычислительное устройст» > 1д, самопишуццш прибор 14, схему 15 аптисо»па деций, сра»ци»ающее устройст»о 16 и д»игатель 17.
3о Генератор радиоимпульсов возбуждает пье166156 зопреобразователь, закрепленный на звчкэпроводе, представляющем собой сплошной цилиндр; измерительная камера соединена с звукопроводом таким образом, что обеспечивает надежную герметизацию. Ультразвукогые импульсы от излучателя по звукопроводу поступают в измерительную камеру и излучаются свободным торцом звукопровода в находящийся в измерительной камере газ, давление которого следует измерить.
Ультразвуковые колебания газа воспринимаются торцом звукопровода 4, аналогичного звукопроводу 8, и передаются к пьезопрнемнику. Излучающая поверхность звукопровода
3 и воспринимающая колебания газа поверхность звукопровода 4 параллельны между собой и разделены слоем измеряемого газа.
Пьезоприемник генерирует электрические импульсы, которые усиливаются усилителем 7 и амплитуда напряжения которых определяегся выражением
U=A nce-", 0 где U — амплитуда импульсов;
A> — конструктивная константа, не зависящая от свойств газа, р — плотность газа; с — скорость звука в газе; а — коэффициент затухания звука в газе;
1 — толщина слоя газа.
Если / ((—, то U t>c.
При колебаниях температуры газа с/
1/ т
Р так как при этом; —,, а с Т, где
Т вЂ” абсолютная температура, В целях устранения действия помех, возникающих из-за паразитного прохождения ультразвука по стенкам измерительной камеры, используется временная селекция полезного сигнала, которая заключается в следующем.
Распространение ультразвука от излучагеля к приемнику через газ происходит быстрее, чем по стенкам камеры ввиду выбранной конфигурации измерительной камеры. Разность времен прохо>кдения должна быть достаточнои.
Для измерения импульса, прошедшего через газ, частота посылок импульсов генератором выбирается небольшой, чтобы результаты воздсйсгвня не накладывались на систему отдсльных ультразвуковых импульсов, и опредсляется временем, необходимым для затухания ультразвуковых колебаний до уp0DII>I, соответствующего порогу чувствительности льезоприемника в сочетании с уснлнтслем 7.
Для осуществления временной селекции сигНаЛа ОдНОВрЕМЕННО С ilÎÇáó>ÊäÅIIHÅÌ ИЗЛуЧателя генератор запускает триггер 9, вырабатывающий задер>канные стробимпульсы для запуска схемы совпадений, на которую подастся с пиал с усилителя. Параметры стробимпульсов и их задержка выбираются так, чтобы
15 го
65 схема совпадений пропускала полезный сигнал, задерживая сигналы помех.
Ранее было показано, что гс ., а так
1 т как с — )/ T, то P с2. Скорость звука можно определить следующим образом. При посылке ультразвукового импульса излучателем возникает отраженный от торца звукопровода 3 импульс, который, возвращаясь к излучателю, возбуждает его; при этом возникает импульс, смещенный относительно запускающего импульса на время 2т„. гдето-., — время распространещи звука по звукопроводу в одну сторону. Импульс, несущий информацию давления газа, смещен относительно запускающего импульса на время 2-., + „где время прохождения звука через газ (звукопроводы 8 и 4 одинаковой длины).
Таким образом, первый импульс на преобразователе и первый импульс на пьезопрнемнике смещены во времени на интервал
Триггер 10 с одним устойчивым состоянием вырабатывает импульс в момент срабатывания генератора, который приводит в состояние готовности запертый триггер 11 с двумя устойчнвьв|н состояниями, срабатывающий от двух следующих после запускающего импульсов, один из которых поступает с триггера 10, а другой с усилителя 7.
Следовательно, триггер П вырабатывает импульсы, длительность которых обрат ю пропорциональна скорости звука в газс, и о и совместно с импульсами, полученными на выходе схемы совпадений, поступают в вычислительное устройство, производящее после необходимых преобразований операцию деления
1 рс: — . На выходе вычислительного устройс ства получается сигнал, пропорциональный давлению, который может быть зарегистрирован самопишущим прибором.
Для устранения нестабильнг>сти амплитуды выходного сигнала, возникающей от изменения характеристик ультразвуковы.; црсобразователей н параметров электронных устройств, использована система автоматической регулировки усиления (ЛРУ), содержащая схему антисовпадений, сравнивающее устройсгво, усилитель и двигатель, связанный с регулятором усиления усилителя.
Работа снстсмы ЛРУ заключается в том, что сигнал с выхода усилителя 7 поступаег на схему антнсовпадсннй, которая выделяет сигнал помехи н дстсктнрует его. Сигнал помсхи не зависит от давления среды, но подвергастся действшо нестабильностей, как и полезный сигнал помехи, прн постоянстве которого устраняется нестабильность полезного сигнала.
Постоянство сигнала достигается срагнснн ем его с нскоторым эталонным напря>ксннсм, последующим -усилением усилителем 8 сигнала рассогласования и подачи его на:,впгатель, перемещающий движок потенцнометра усилителя 7, коэффициент усиления которого
166156
Составите.чь А. Ф. Сиптиц
Рслактор И. Г. Карпас Тепрел 10. В. Бпргпии> 1(оррскп>р 10. М. Фсл попа слуаопа
За(аа 3122717 ТиРпж 10;>0 <1 ?????????? ??????. 6>1 .. 90> » ()(i» и (>,3 и.л. л. 11с>:и 5 к >и, Ц11ИИ11И Госуларстпеи >и< >о> >иге и и» л»;»»»»,: гиии>1 и огк(»»и>> ((.(Р
Моск»а, 1!ситр, ир. Сс1п»ÿ, л. 4
Типографии, ир. Санупр(>а, 2 изменяется до тех пор, пока не будет достигнуто равенство сигналов помехи и эталонного напряжения.
Следовательно, поддерживается постоянство сигнала помехи и устраняется нестабильность полезного выходного сигнала.
Предмет изобретения
1. Ультразвуковой датчик для определения параметров газообразных или жидких сред (например, давления), содержащий генератор ультразвуковых колебаний, два пьезопреобразователя — излучатель и приемник, закрепленные на торцах сплошных звукопроводов, свободные торцы когорых контактируют с исследуемой средой, измерительную камеру, в которой заключена исследуемая среда, усилитель и регистрирующий прибор, отличающийся тем, что, с целью временнбго выделения полезного сигнала из помех, возникающих из-за паразитной циркуляции ультразвука в измерительной камере, последняя выполнена из двух коаксиальных цилиндров, торцы которых связаны между собой, а внутренний цилиндр выполнен из двух частей, в каждой из которых имеется дно и расположен свободный торец звукопровода, совмещенный с этим дном, а
5 на выходе усилителя подключена схема совпадений, второй вход которой соединен с триггером, связанным с генератором ультразвуковых колебаний.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, 10 что, с целью определения газообразных или жидких сред, заключенных в измерительную камеру, между генератором ультразвуковых колебаний и усилителем включены последовательно триггер с одним устойчивым
15 состоянием и триггер с двумя усгойчивымп состояниями, а выходы схемы совпадений и триггер с двумя устойчивыми состояниями соединены с вычислительным устройством, связанным с регистратором.
20 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем, что, с целью устранения нестабильности выходного сигнала, применена система автоматического регулирования.