Измеритель скорости ультразвука в агрессивных средах

Измеритель скорости ультразвука в агрессивных средах

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««699416 (6!) Дополнительное к авт. сеид-ву (22) Заявлено 09.11.77 (21) 2540256/25-10 с присоединением заявки Но

G 01 H 29/00

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 5 34 ° б 32 (088.8) Опубликовано 25.11.79. Бюллетень Но 43

Дата опубликования описания 25.11.79 (72) Авторы изобретения

С.И.Антанайтис, А.В.Тамулис и P.-È.Þ.Êàæèñ (71) Заявитель

Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА

В АГРЕССИВНЫХ СРЕДАХ .

15

30

Изобретение касается измерительной техники и может быть использовано IlpH контроле параметров агрессивных сред, например потоков высокот емпер атурных газов .

Известен измеритель скорости ультраэ вука, содержащий генератор н епр ерывных колебаний, ген ератор импульсов высокой частоты, излучатель и приемник ультразвуковых колебаний, усилитель, генератор видиоимпульсов и электронный счетчик (1) .

Однако при измерении в агрессивных средах он имеет большую погрешность измерения вследствие .задержки си гнала в защитных слоях (волноводах) .

Наиболее близким по технической сущности к предложенному является измеритель, содержащий генератор импульсов, подключенный через диоды к двум ультразвуковым преобразователям с загйутыми слоями, каждый из которых через последовательно соединенные селектор отраженных сигналов, триггер и ключ подключен к входам схеьи ИЛИ и непосредственно к вторым входам триггеров.

Этот измеритель содержит также кварцевый генератор, выход которого соединен с входам делителя частоты, выход которого подключен к второму входу одного из ключей и через линию з адержки к вт араму входу другого ключа, селектор прошедшего сигнала, вход. которого соединен с одним из yëüòðàçвуковых преобразователей, и третий триггер,, выход которого соединен с одним входОм третьего ключа (2) .

Однако этот измеритель также имеет низкую точность измерения, ввиду сильного затухания ультразвука в агрессивных средах расстояние между преобраз ов ат елями с з агн утыми слоями (волн оводами ) выбирается н ебол ьшим, поэ тому время пр схожденияя ультразвука через исследуемую среду мало, что вызывает погрешность дискретизации, которая может быть снижена путем усложнения конструкции.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Это достигается тем, что в измеритель дополнительно введены тактовый генератор, разностный делитель частоты и счетчик импульсов. Выход кварцевого генератора через раз наст,.

699416

55 ный дслител ь частоты подклю ен к первому входу третьего триггера, нто— рой вход которого соединен с выходом тактового генератора и сбросовыми входам счетчика импульсов и раэ-ностного делителя частоты, второй вход которого подключен к выходу схемы ИЛИ. Один иэ ультразвуковых преобразователей через третий ключ подключен к первому входу счетчика импульсов, а выход селектора прошедшего сигнала Соединен с входом генератора импульсов.

На фи г. 1 иэ ображен а структурн ая схема измерителя; на фиг.2 —. эпюры напряжений.

Из мерит ел ь скорости ультразвука в агрессивных средах содержит генератор 1 импульсов, подключенный через диоды к двум ультразвуковым волноводным преобразователям (один преобразователь 2 с волноводом 3 и другой преобразователь 4 с волноводом

5), каждый из которых непосредстнен— но подключен к вторым входам триггеров б и 7 соответственно, а преобраз онат ель 4 подключен к входу селектора 8 прбшедшего сигн ала, и входу ключа 9. Преобразователи 2 и 4 также соединены с входами селекторов

10 и 11 отраженных сигналов, выходы которых соединены с первыми входами триггеров 6 и 7 соответственно.

Измеритель содержит также кварцевый генератор 12, выход которого соединен с входом делителя 13 частоты, выход последнего подключен к второму входу ключа 14 и через линию 15 задержки к нторому входу ключа 16.

Первые входы ключей 14 и 16 соединены с выходами триггеров 6 и 7 соответственно, а выходы ключей 14 и 16 подключены к входам схемы ИЛИ 17, выход которой соединен с вторым входом разностного делителя 18 частоты, первый вход которого подключен к выходу кварцевого гененатора 12, . а сбросовый вход соединен с выходом тактового генератора 19, с вторым входом третьего триггера 20 и со сбросовым входом счетчика 21 импульсов. Перный вход триггера 20 подключен к выходу разностного делителя

1 8 частоты, выход — к первому входу ключа 9, выход которого соединен с входом счетчика 21 импульсов.

Измеритель работает следующим образ ом.

В начальный момент времени (фиг ° 2 а) ген ерат ор 1 импульсон, который после включения питания запуск ает с я в ант околе бат ел ьн ом режиме с периодом повторения Т0, через дио 60 ды, предназначенные для развязки ультразвуковых преобразователей по страже (ным н прин ятым сигналам, вырабатывает импульс, который возбуждает оба ультразвуковых преобразо- 65 вателя 2 и 4 с акустическими волно водами 3 и 4, устанавливает в единичные состояния триггеры 6, 7 и поступает на первый вход ключа 9. Во

Вр емя дей ст ви я э т ого импул ьс а ультразвуковые преобразователи 2, 4 воз буждают в акустических волнов одах 3, 5 ул ьтр аз нуковые волны (фиг,2б), которые распространяются по ним, проходят исследуемую среду и акустические волноноды 3, 5, а также возбуждают ультразвуковые преобразователи 4, 2 (фиг.2в) .

Ультразвуковой сигнал, преобразованный в преобразователе 4 в электрический, поступает на вход селектора 8 прошедшего сигнала. Время и длительность селекции выбраны такими, чтобы селектировать только импульсы прямого прохождения. Сигнал с выхода селектора переводит генератор 1 импульсов в режим синхрокольца, который запускается с йериодом, повторения То (фиг.2а) .;Некоторая часть энергии излучаемых в исследуемую среду ультразвуковых колебаний иэ-з а различия акустических импедансов!. волноводов и среды отражается от границ акустические вопноводы 3,5 исследуемая среда,Отраженные ультразвуковые импульсы (фиг. 2 г, д) преобразуются ультразвуковыми преобразователями 2, 4 в электрические и селектируются при помощи селекторов 10, 11. При этом время и длительность селекции выбраны такими, чтобы селектировались только импульсы, отраженные от границ акустический волновод - среда . Эти импульсы, имеющие меньшую амплитуду чем зондирующие из-за потерь в акустических волноводах и частичного отражения, не изменяют состояния триггеров б и 7. Проселектированные отраженные сигналы в селекторах 10, 11 преобразуются в короткие импульсы и с .их выходов поступают на вторые управляющие входы триггеров 6 и 7, переводя их в нулевое состояние (фиг..

2 е æ), Таким образом длительности импул ьсов н а выходах три ггерон б . и 7 соответствуют двойным задержкам ультразвука 22< и 2 в акустических нолноводах 3, 5. Непрерывные коле1 бания с выхода кварцевого генератора 12 (фиг.2и) с периодом повторения равным, например, = 1 мкс поступают на делитель частоты 13 с коэффициентом деления Kq =2. C выхода дели теля импул ьсы (фиг ° 2 к) поступают непосредственно на первый ключ 14 и через линию задержки 15 на второй ключ 16. Время з адержки

Т,((фи г, 2л ) линии 15 выбрано из условия Ф < Т„ (t где длительность импульсов на выходе кварценого генератора 12 соответственно. Последовательность импульсов

699416

Формул а и з обрет ени я

50 с выхода ключа 14, состоящая из

И = — . e 3 импульсов (фиг.2м) и

2to другая последов ат ел ьн ость с выхода ключа 16, состоящая из N< =

2tо импульсов (фиг, 2н) подаются на схему ИЛИ 17, на выходе которой получается исследовательность, состоящая из N = И„+ N импульсов (фиг. 2о) .

Эти импульсы поступают на вычитающий вход разностного делителя 18 частоты. Если за некоторое время

t > на суммирующий вход делителя постУпает число импульсов N4, а на вычитающий — число импульсов ПЗ, то общее число импульсов, записанных в раэностный делитель частоты 18 составляет N = N4 — N . .B некоторый момент времейи t (фиг. 2п) тактовый генератор 19 сбрасывает разностный делитель 18 частоты и счетчик импульсов 21 в нулевое состояние, а триггер 20 переводит в единичное состояние (фиг.2р) . Импульсом с выхода тригера 20 открывается третий ключ

9, и импульсы ав тоциркул яции суммируются в счетчике импульсов 21 (фиг.2т). Импульсы с выхода кварцевого генератора (фиг.2и) поступают на суммирующий вход разностного делителя 18 частоты. После переполнения разностного делителя 18 частоты импульс (фиг,2с) с его выхода переводит три ггер 20 в н ул евое состояние (фиг.2р), в результате чего прекращается подсчет импульсов автоциркул яции (фиг. 2т ) в счетчике

2l импульсов. Длительность импульса на выходе триггера 20 составляет

Т(— Т + дТ, где д Т вЂ” дополнительное время иэмерения, обуловленное тем, что общее число импульсов, записанных в разностный делитель 18 частоты, уменьшается íà N> импульсов.

Дополнительное время измерения равно дт = (N — 1) -(C8< + 8 ) ° где N — число импул ьсов, которое з аписывается в счетчик 21 при 2 = ГВ = О.

В результате

Т

- — + x =

+ 1р а+ й+ 8à где Т и à — время измерения и время

cl прохождения ультразвука от излучателя до приемника беэ волноводов.

Таким образом результат нэмеренн я не зависит от величины задержки в акустических волноводах.

Измеритель скорости ультразвука в агрессивных средах, содержащий генератор импульсов, подключенный к двум ультразвуковым волноводным преобразователям, каждый из которых через последовательно соединенные селектор отраженных сигналов, триггер и ключ, подключен к входам схемы

ИЛИ и непосредственно к вторым входам триггеров, кварцевый генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты, выход которого подключен к второму входу одного иэ ключей и через линию задержки ко второму входу другого ключа, селектор прошедшего сигнала, вход которого соединен с одним из ультразвуковых волноводных преобразователей, и третий триггер, выход которого соединен с одним входом третьего ключа, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повыщения точности измерения, в него введены тактовый генератор, разЗ0 ностный делитель частоты и счетчик импульсов, причем выход кварцевого генератора Через разностный делитель частоты подключен к первому входу третьего триггера, второй вход

35 которого соединен с выходом тактового генератора и сбросовыми входами счетчика импульсов и раэностного делителя частоты, второй вход которого подключен к выходу схемы ИЛИ, один из ультразвуковых преобразователей через третий ключ подключен к первому входу счетчика импульсов, а выход селектора прошедшего сигнала соединен с входом генератора импульсов.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Колесников A.Е. Ультразвуковые измерения, N. изд. Стандартов, 1970, с ° 82.

2, Авторское свидетельство по заявке 92447994/18-10, кл. G 01 N

29/00, 02. 77 (прототип) .

Сост ави тель B . .Ант опов

ТехРед С.Мигай Корректор Т.Скворцова

Редактор A ..Шмелькин

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 7214/47 Тираж 1073 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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