Устройство для контроля теплофизических параметров газообразных сред

Союз Советских Социалистических Республик) Дополнительное к авт. 331884/1 2) Заявлено 04.03.76 (21с присоединением зая3) Приоритет3) Опубликовано 30.03.75) Дата опубликования вкиГосударственный комитетСовета Министров СССно делам изобретенийи открытийБюллетень1 сания 12.04.7 72) Авторы изобретеш Матве Н. И. Бражников, А. И И. Е. Соболев(71) 3 аявител Всесою и научно-иссле институт Ц ВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИХМЕТРОВ ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕД УСТРОЙ ЯАасти тепло Изобретение относится к обл физики 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 селекехничесл конт- зообразеские изте в кон- раллельепь, сои источкатушку оединена и рези- катушки зобретению т устройство д араметров га езоэлектрич анавливаемь люченные па атель ную ц а, резистора нного тока, ный ключ, с конденсатор соединения ции.Наиболее близким к и ким решением является роля теплофизических п ных сред, содержащее пь лучатель и приемник, уст тролируемой среде, подк но излучателю последов стоящую из конденсатор ника напряжения постоя индуктивности, электрон ный с точкой соединения стора и с общей точкой п 11 600434(51) М. Кл, С 01 М 29/00 овательский и конструкторсктметавтоматика индуктивности, излучателя и источника напряжения, синхронизатор, выходом соединенный с управляющим электродом ключа, времяизмерительный блок, один из выходов которого 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 пьезоизлучателя воздействуют мощным перепадом электрического напряжения.Недостатком такого устройства является пониженная средняя интенсивность излучения в связи с тем, что в спектре сформированного контуром электрического импульса затухающих колебаний имеет место значительный уровень боковых гармоник, снижающий эффективность пьезоэлектрического преобразователя на основной резонансной частоте. Кроме того, при наличии ограничения сверху на источнике возбуждения перепадов напряжения ограничивается рост интенсивности путем повышения напряжения. Это дает пониженную точность контроля теплофизических параметров газообразных потоков.Цель изобретения - повышение точностиизмерений.Это достройство снно излучат игается тем, что предлагаемое уст абжено подключенной параллель елю 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 Е 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, образо 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 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 Е катушки 6 установлена близкой к величине 0,025 -С , где С - статическая емкость пьезоэлемента излучателя 1.Через промежуток времени, равный 0,5 -, пьезоизлучатель 1 возбуждают вторым перепадом электрического напряжения положительной полярности. Этот перепад создается разрядом конденсатора 14, заряженного в статическом состоянии через резистор 15 до напряжения Е от исто шика 16 посредством ключа 17. Последний с помощью блока 18 включается импульсом синхронизатора 8 через полупериод 0,5 - 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.11 оскольку эти колебания сдвинуты во времени 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 , 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 частотеультразвуковых колебаний. Преобразованные импульсы усиливаются в усилителе 12 и поступают на один из входов времяизме600434 Формула изобретения Составитель Н. Фомичев Техред Н. РыбкинаКорректоры: Л. Котова и Л. Брахнина Редактор А. Осочников Подписное Заказ 920/12 Изд. Мз 328 Тираж 1122 НПО Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб д. 4/5Типография, 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, времяизмерительный5 блок, один из входов которого подключен квыходу синхронизатора через блок задержки,усилитель, включенный между приемником ивремяизмерительным блоком, соединенный срегистрирующим блоком, о т л и ч а ю щ е е с я10 тем, что, с целью повышения точности, оноснабжено подключенной параллельно излучателю дополнительной цепью, состоящей из конденсатора, резистора и источника напряженияпостоянного тока, имеющего полярность, об 15 ратную полярности основного источника, дополнительным электронным ключом, имеющим проводимость, обратную проводимостиосновного ключа, и включенным между общейточкой и точкой соединения резистора с кон 20 денсатором в дополнительной цепи, и полупериодным блоком задержки, подключенныммежду выходом синхронизатора и управляющим электродом дополнительного ключа.Источники информации,25 принятые во внимание прп экспертизе1. Бригер Г, И. и др. Ультразвуковые расходомеры. Ч 1964, с, 305 - 312.2. Патент США2565725, кл, 73 - 67.5,1968,