Устройство для контроля теплофизических параметров газообразных сред

Устройство для контроля теплофизических параметров газообразных сред

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

1@ 60 0434

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 04.03.76 (21) 2331884/10 с присоединением заявки № (51) М. Кл. 6 01N 29/00

Совета Министров СССР но делам изобретений и пткрытий (53) УДК 534.8,081 (088.8) (43) Опубликовано 30.03.78. Бюллетень № 12 (45) Дата опубликования описания 12.04.78 (72) Авторы изобретения

Н. И. Бражников, А. И. Матвеев и И. Е. Соболева

Всесоюзный научно-исследовательский и конструкторский институт «Цветметавтоматика» (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХ

QAPAMETPOB ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД

Государственный комитет (23) Приоритет

Изобретение относится к области теплофизики и средствам автоматики.

Известно устройство, в котором возбуждение пьезоэлектрического преобразователя основано на селектировании из непрерывного синусоидального напряжения прямоугольных пакетов, усилении их мощности и подаче их на излучающий пьезопреобразователь (1).

При таком возбуждении резко уменьшается количество боковых гармоник. Однако это устройство при ударном возбуждении требует более мощных электронных ключей, чем обычные транзисторные усилители, используемые при усилении высокочастотных пакетов.

Существенно и то, что фронт пакета имеет нестабильность в один период из-за некогерентности несущей пакета и видеоимпульса селекции.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является устройство для контроля теплофизических параметров газообразных сред, содержащее пьезоэлектрические излучатель и приемник, устанавливаемые в контролируемой среде, подключенные параллельно излучателю последовательную цепь, состоящую из конденсатора, резистора и источника напряжения постоянного тока, катушку индуктивности, электронный ключ, соединенный с точкой соединения конденсатора и резистора и с общей точкой соединения катушки индуктивности, излучателя и источника напряжения, синхронизатор, выходом соединенный с управляющим электродом ключа, времяизмерительный блок, один из выходов которого

5 подключен к выходу синхронизатора через блок задержки, усилитель, включенный между приемником и входом времяизмерительного блока, соединенный с регистрирующим блоком (2). В таком устройстве на контур пьезо10 излучателя воздействуют мощным перепадом электрического напряжения.

Недостатком такого устройства является пониженная средняя интенсивность излучения в связи с тем, что в спектре сформированно15 го контуром электрического импульса затухающих колебаний имеет место значительный уровень боковых гармоник, снижающий эффективность пьезоэлектрического преобразователя на основной резонансной частоте. Кро20 ме того, при наличии ограничения сверху на источнике возбуждения перепадов напряжения ограничивается рост интенсивности путем повышения напряжения. Это дает пониженную точность контроля теплофизических пара25 метров газообразных потоков.

Цель изобретения — повышение точности измерений.

Это достигается тем, что предлагаемое устройство снабжено подключенной параллель30 но излучателю дополнительной цепью, состоящей из конденсатора, резистора, источника напряжения постоянного тока, имеющего полярность, обратную полярности основного источника, дополнительным электронным ключом, имеющим проводимость, обратную проводимости основного ключа, и включенным между общей точкой соединения резистора с конденсатором в дополнительной цепи, и введенным полупериодным блоком задержки, подключенным между выходом синхронизатора и управляющим электродом дополнительного ключа.

На чертеже показана схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит пьезоэлектрические излучатель 1 и приемник 2, устанавливаемые в контролируемой среде, подключенные параллельно излучателю последовательную цепь, состоящую из конденсатора 3, резистора 4 и источника 5 напряжения постоянного тока, и катушку 6 индуктивности, электронный ключ

7, соединенный с точкой соединения конденсатора 3 и резистора 4 и с общей точкой соединения катушки 6 индуктивности, излучателя

1 и источника 5 напряжения, синхронизатора

8, выходом соединенного с управляющим электродом 9 ключа 7, времяизмерительный блок 10, один из выходов которого подключен к выходу синхронизатора 8 через блок 11 задержки, усилитель 12, включенный между приемником 2 и вторым входом времяизмеригельного блока 10, и регистрирующий блок 13, соединенный с выходом времяизмерительного блока 10.

В устройство входят также подключенная параллельно излучателю 1 дополнительная цепь, состоящая из конденсатора 14, резистора 15 и источника 16 напряжения постоянного тока, имеющего полярность, обратную полярности основного источника 5, дополнительный электронный ключ 17, имеющий проводимость, обратную проводимости основного ключа 7, и включенный между общей точкой и точкой соединения резистора 15 с конденсатором 14 в дополнительной цепи, и полупериодный блок 18 задержки, подключенный между выходом синхронизатора 8 и управляющим электродом 19 дополнительного ключа 17.

На контурный акустический излучатель, состоящий из пьезоэлемента и шунтирующей его катушки 6 индуктивности, с помощью ключей 7 и 17 подают возбуждающие электрические ударные воздействия. Первым из этих ударных воздействий на излучатель 1 поступает перепад электронного напряжения отрицательной полярности с ключа 7, управляемого сигналами синхронизатора 8. При отсутствии сигналов конденсатор 3 через зарядный резистор заряжен до напряжения Ei источника 5 напряжения. С поступлением на электрод 9 импульсного сигнала синхронизатора 8 ключ 7 открывается и конденсатор 3 разряжается через ключ 7, воздействуя на излучатель 1 перепадом напряжения. Под действием этого перепада в контуре, образо5

65 ванном статической емкостью пьезоэлектрического излучателя 1 и индуктнвностью катушки 6, возникают затухающие электрические колебания. Для того чтобы частота этих электрических колебаний совпадала с резонансной частотой пьезоэлемента, индуктивность L катушки 6 установлена близкой к величине 0,025 f — С, где С вЂ” статическая емкость пьезоэлемента излучателя 1.

Через промежуток времени, равный 0,5 1-, пьезоизлучатель 1 возбуждают вторым перепадом электрического напряжения положительной полярности. Этот перепад создается разрядом конденсатора 14, заряженного в статическом состоянии через резистор 15 до напряжения L от исто шика 16 посредством ключа 17. Последний с помощью блока 18 включается импульсом синхронизатора 8 через полупериод 0,5 f резонансных колебаний пьезоэлемента излучателя. Если бы на контурный преобразователь не подавался первый перепад электрического напряжения, на преобразователе под действием второго перепада возникли бы затухающие электрические колебания, аналогичные по форме колебаниям, вызванным первым перепадом, и обратные им по знаку.

11оскольку эти колебания сдвинуты во време;» на половину их периода, то при воздействии обоих перепадов колебания складываются в фазе друг относительно друга. При этом результирующие колебания имеют амплитуду, примерно вдвое превышающую амплитуду колебаний при одинарном возбуждении любым из этих двух перепадов. Наряду с увеличением амплитуды здесь достигается также другой эффект. Он состоит в том, что импульс имеет более симметричную форму, что обеспечивает более высокую моночастотность возбуждения и информативность излученного импульса, что повышает точность измерения времени распространения излученных колебаний в контролируемой среде.

Периоды перепадов циклически повторяют с периодом следования, обычно значительно превышающим длительность результирующего высокочастотного импульса затухающих колебаний, возбуждающих пьезоизлучатель.

По действием импульсов пьезоэлемент излучателя 1 излучает в контролируемую среду импульсы ультразвуковых колебаний с частотой f, которые распространяются в ней со скоростью, зависящей от плотности газа и его температуры. При постоянной скорости потока время распространения ультразвукового импульса от излучателя 1 до приемника 2 определяется количеством тепла, переносимым газообразным потоком, в котором размещены излучатель и приемник.

Поступившие на приемник 2 ультразвуковые импульсы преобразуются в электрические импульсы с частотой несущей, равной частоте f ультразвуковых колебаний. Преобразованные импульсы усиливаются в усилителе

12 и поступают на один из входов времяизме600434

Формула изобретения

Составитель H. Фомичев

Техред Н. Рыбкина

Корректоры: Л. Котова и Л. Брахнина

Редактор А. Осочников

Подписное

Заказ 920/12 Изд. хауз 328 Тираж 1122

НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Типография, пр. Сапунова, 2 рительного блока 10, на другой вход которого подаются через блок 11 задержки импульсы с выхода синхронизатора 8. Время задержки здесь установлено равным времени прохождения, соответствующему начальному значению контролируемого теплофизического параметра — количеству тепла.

Под действием поступивших импульсов во времяизмерительном блоке 10 формируется прямоугольный электрический импульс, имеющий длительность, равную временному интервалу между моментами поступления импульса из усилителя 12 и из блока 11 задержки. Прямоугольный импульс преобразуется в электрическое напряжение, пропорциональное длительности этого импульса и соответственно контролируемому параметру, которое поступает в регистрирующий блок.

Устройство для контроля теплофизических параметров газообразных сред, содержащее пьезоэлектрические приемник и излучатель, к которому последовательно подключены конденсатор, резистор и источник напряжения постоянного тока, катушку индуктивности, электронный ключ, соединенный с точкой соединения резистора и конденсатора и с общей точкой соединения катушки индуктивности, излучателя и источника напряжения, синхронизатор, выходом соединенный с управляющим электродом ключа, времяизмерительный

5 блок, один из входов которого подключен к выходу синхронизатора через блок задержки, усилитель, включенный между приемником и времяизмерительным блоком, соединенный с регистрирующим блоком, о т л и ч а ю щ е е с я

10 тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено подключенной параллельно излучателю дополнительной цепью, состоящей из конденсатора, резистора и источника напряжения постоянного тока, имеющего полярность, об15 ратную полярности основного источника, дополнителbHым электронным ключом, имеющим проводимость, обратную проводимости основного ключа, и включенным между общей точкой и точкой соединения резистора с кон20 денсатором в дополнительной цепи, и полупериодным блоком задержки, подключенным между выходом синхронизатора и управляющим электродом дополнительного ключа.

Источники информации, 25 принятые во внимание прп экспертизе

1. Бригер Г. И. и др. Ультразвуковые расходомеры. Ч., 1964, с. 305 — 312.

2. Патент США Хо 2565725, кл, 73 — 67.5, 1968.