166156

Союз Советских Социалистических РеспубликКл, 42 К, 14 ависимое от авт. свидетельствааявлено 02 1 Х,1963 ( 855075/26-25присоединением заявкиПК б 011 Государственныйомитет по деламизобретенийи открытий СССР УДК Опубликовано 10.Х 1.1964. Бюллетень2 Дата опубликования описания 11.Х 11.1964 ЬТРАЗВУКОВО ТЧИК Пос)ццсцпя :1 эуццп М 116 Изобретение относится к устройствам для измерения параметров газообразцых илц жцд. ких сред, основанным цз возбуждении ул траавуковых колебаний в измеряемой среде,Известны ультразвуковые датчики, поз )ля. ющие изолировать их от контролируемой среды, содержащие генератор ультразвуковых колебаний, пьезопреобразователи, сплошные звукопроводы, усилитель ц регистрирующий прибор, служащие для определения давлеция газообразных или жидких сред.Недостаток этих датчиков - необходимость непосредственного коцтакта пьезопреобразователей с измеряемой средой, что ограццчцаег область их применения; к тому же происходит излучение звука в газ и монтажную арматуру излучателя, образуется паразцтцый капал связи между излучателем и приемником, являющийся источциком ошибок измерения, 11 а величицу выходцого сигнала оказывает цлцяцце изменение характеристик электронных уст. ройств.В предлагаемом датчике измерительная киллера выполнена из двух коаксцальцых цилиндров, торцы которых связаны между собой; внутренний цилиндр состоит цз двух частей, в каждой из которых имеется дцо и расположен свободный торец звукоцровода, совмещенный с этим дном, а ца выходе усилителя подключеца схема совпадений, второй вход которой соединен с триггером, связанным сгсиератором ультразвуковых колебаций. Этопозолцет выделить во времсци полезный сигнал цз помех, возцикающих из-за паразцтцой5 циркуляции ультразвука в измерцтельцой калсре.Для опрсделсция газообразных цли жидкихсред, заключенных в цзмеритсльцую камеру,между генератором ультразвуковых колебаццйО ц усцлитслсм включены п,следовательно триггер с одним устойчивым состоянием ц триггер сдвумя устойчивыми состояниями, а выходысхемы сопадеций и триггер с двумя устойчи.выми состояниями соединены с вычислитель5 цым устройством, связаццым с регистратором.Для устранения нестабильности выходи носигнала примецсца система автоматическогорегулирования.На чертеже показана схема измерения д.лепин газообразцых сред с помощью ультразвука,Схема содержит гецератор радцоимпульсоц1, пьезопреобразоватсль 2, звукопроводы,У и4, измерительную камеру 5, пьсзопрцлгццк Г,25 усилители 7 и 8, триггеры 9, 10 ц П, схемусовпадений 12, вычислительное устройсто 1,самопишущий прибор 14, схему 15 ацтцсопа.деций, сраццающее устройсто 16 ц дцгдтель 17.о Генератор радцоимпульсов возбуждает пьеРПри колебаниях температуры газа с/1l тфРтак как при этом;- а сТ, где Т - абсолютная температура,В целях устранения действия помех, возникающих из-за паразитного прохождения уль. тразвука по стенкам измерительной камеры, используется временная селекция полезного сигнала, которая заключается в следуют;ем. Распространение ультразвука от излучагеля к приемнику через газ происходит быстрее, чем по стенкам камеры ввиду выбранцой конфигурации измерительной камеры. Разность времен прохокдеция должна быть достаточцои. Для измерения импульса, прошедшего через газ, частота посылок импульсов генератором выбирается небольшой, чтобы результаты воздсйсгвця це накладывались ца систему отдсльных ультразвуковых импульсов, ц опредсляется временем, необходимым для затухания ультразвуковых колебаний до уровня, соответствующего порогу чувствительности льезопрцемццка в сочетании с усилителем 7, Для осуществления времеццбй селекции сигнала одновременно с озбукдецием излучателя генератор запускает триггер 9, вырабатывающцй задеркаццые стробимпульсы для запуска схемы совпадений, ца которую подастся са пал с усилителя, Параметры стробимпульсоц и их задержка выбираются так, чтобы зопреобразователь, закрепленный на звчкэпроводе, представляющем собой сплошной цилиндр; измерительная камера соединена с звукопроводом таким образом, что обеспечи. вает 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, аналогичцогэ звукопроводу 3, и передаются к пьезоцриемнику. Излучающая поверхность звукопровода 3 и воспринимающая колебания газа поверхность звукопровода 4 параллельны между собой и разделены слоем измеряемого газа. Пьезоприемцик генерирует электрические импульсы, которые усиливаются усилителем 7 и амплитуда напряжения которых определяег. ся выражениемс/=А рсе-",О где с 1 - амплитуда импульсов;Ао - конструктивная константа, не зависящая от свойств газа,р - плотность газа;с - скорость звука в газе;а - коэффициент затухания звука вгазе;- толщина слоя газа.1Если 1 - , то с 1рс. 5 10 15 го 25 30 35 40 45 50 55 60 65 схема совпадений пропускала полезный сигнал, задерживая сигналы помех.РРанее было показано, что рс ., а так1 ткак с - )I Т, то Ррс 2. 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 2 т, гдето-., - время распрострацецця звука по звукопроволу в одну сторону. Импульс, несущий информацию давления газа, смещен относительно запускающего импульса на время 2-. где время прохождения звука через газ звуко- проводы 3 и 4 одинаковой длины).Таким образом, первый импульс на преобразователе и первый импульс ца пьезопрцемнике смещены во времени на интервал Триггер 10 с одним устойчивым состоянием вырабатывает импульс в момент срабатывания генератора, который приводит в состояние готовности запертый триггер П с двумя устойчцвьвц 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 обратно цроцорциональца скорости звука в газс, ц оци совместно с импульсами, полученными ца выходе схемы совпадений, поступают в вычислительное устройство, производящее после необходимых преобразований операцию деления1рс: - . На выходе вычислительного устройсства получается сигнал, пропорциональный давлению, который может быть зарегистрирован самопишущим прибором,Для устранения нестабильности амплитуды выходного сигнала, возникающей от изменения характеристик ультразвуковых црсобразователей ц параметров электронных устройств, использована система автоматической регулировки усиления (ЛРУ), содержащая схему ацтисовпадеццй, сравнивающее устройство, усилитель ц двигатель, связанный с регулятором усиления усилителя,Работа сцстсмы ЛРУ заключается в том, что сигнал с выхода усилителя 7 поступаег ца схему ацтцсовпадсццц, которая выделяет сигнал помехи ц дстсктцрует его. Сигнал помсхц це зависит от давления среды, цо подвергастся действшо нестабильностей, как ц полезный сигнал помехи, прц постоянстве которого устраняется нестабильность полезного сигнала.Постояцство сигнала достигается сравцсцц. см его с цскоторым эталонным напряксццсм, последуюцгнм усилением усилителем 8 сигнала рассогласования и подачи его ца двигатель, перемещающий движок потецццометра усилителя 7, коэффициент усиления которого166156 Составитель А, Ф. Сиптиц Рслактор И. Г. Карпас Тскрел 1 О. В, Бараиоп Коррскгор 1 О, М, Фсл попа слуаопа Заказ 3122/7 Тираж 1 Ч 50 Формат бум. 6.",9 И,в ОО си , и,л. л, 1 сип 5 кои,ЦИ 1 И Госуларстпеи 1 дг ков 1 иге;и ио лс ии и п 1 гп. гений и огкриий СССР Иоскпа, 11 ситр, ир. Сер и 1 а, л. 4 Типографии, ир. Сапуиьпа, 2изменяется 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 изобретения1. 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 связа. ны между собой, а внутренний цилиндр выполнен из двух частей, в каждой из которыхимеется дно и расположен свободный торецзвукопровода, совмещенный с этим дном, а5 на выходе усилителя подключена схема сов.падений, второй вход которой соединен с триггером, связанным с генератором ультразвуко.яых колебаний,2. Устройство по п, 1, отличающееся тем,10 что, с целью определения газообразных илижидких сред, заключенных в измерительнуюкамеру, между генератором ультразвуковыхколебаний и усилителем включены последовательно триггер с одним устойчивым15 состоянием и триггер с двумя усгойчивымпсостояниями, а выходы схемы совпадений итриггер с двумя устойчивыми состояниямисоединены с вычислительным устройством,связанным с регистратором.20 3. Устройство по п. 2, отличающееся тем,что, с целью устранения нестабильности выходного сигнала, применена система автома.тического регулирования.