Устройство для измерения температуры

769364 АНИЕ ТЕНИЯ ЕЛЬ СТВУ т. свид-ву(71) Заявитель асский политехнический институт имен А. Снечкуса 4) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫИзобретение относится к области термометрии, например к измерению флуктуаций температуры газовой среды.Известно устройство для измерения температуры, содержащее генератор импульсов, соединенный с ультразвуковым преобразователем, приемник 111.Однако известное устройство не обладает требуемой точностью и помехозащищенностью. Это объясняется тем, что момент прихода сигнала фиксируется с большой логрешностью.Наиболее близким по технической сущности к данному является устройство для измерения температуры, содержащее соединенные электроакустически последовательно генератор возбуждающих импульсов, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник и триггер 121. Однако известное устроиство не обладает требуемой точностью измерения и помехозащищенностью из-за того, что при неблагоприятных условиях прохождения ультразвукового сигнала, например наличие шумов или сильной мультипликативной помехи, момент прихода сигнала фиксируется с большой погрешностью.Целью изобретения является повышение точности измерения при одновременном увеличении помехоустоичивости. Для этого в устройство введены нуль-орган, первый генератор стабильной частоты и цепь из последовательно соединенных дифференцп атора, делителя числа импульсов, второготриггера, схемы И, второго делителя числа импульсов, генератора серии импульсов, разностного счетчика импульсов и решающего блока, причем выход дифференцпато О ра подключен также ко вторым входам решающего блока, второго триггера и разностного счетчика импульсов, третий вход которого подключен к выходу схемы И, ко входу которой подсоединен выход первого 1- генератора стабильной частоты и выходпервого триггера, подключенного вторымвходом через нуль-орган к выходу генератора возбуждающих импульсов, при этом выход приемника подключен также ко вто рым входам делителей числа импульсов, агенератор возбуждающих импульсов содержит второй генератор стабильной частоты, модулятор и генератор тактовых импульсов, подключенный ко второму выходу генерато ра возбуждающих импульсов и ко входамдифферепциатора и модулятора, подключенного выходом к первому выходу генератора возбуждающих импульсов, а входом к выходу второго генератора стабильной 30 частоты.3На фиг. 1 представлена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временные диаграммыы.Устройство включает генератор 1 возбуждающих импульсов, генератор 2 тактовых импульсов, модулятор 3, второй генератор 4 стабильной частоты, излучающий преобразователь 5, нуль-орган б, первый триггер 7, принимающий преобразователь 8, приемник 9, схему И 10, первый генератор 11 стабильной частоты, дифференциатор 12, разностный счетчик 13 импульсов, решающий блок 14, второй триггер 15 делители 16 и 17 числа импульсов, генератор 18 серии импульсов.Устройство работает следующим образом.В начальный момент времени 1 о генератор 2 вырабатывает видеоимпульс (фиг. 2, диаграмма 19), который поступает на модулятор 3 и дифференциатор 12, На выходе дифференциатора 12 образуется импульс (диаграмма 20), который переводит в нулевые (исходные) состояния разностный счетчик 13, решающее устройство 14 и делитель 16, а второй триггер 15 - в единичное состояние. После этого измеритель подготавливается к работе.На второй вход модулятора 3 поступает сигнал с выхода второго генератора 4. На выходе модулятора образуется радиоимпульс (диаграмма 21), частота заполнения которого выбирается так, чтобы динамический диапазон измеряемых флуктуаций температуры был меньше периода этой частоты, а длительность импульса выбирается из условий обеспечения бегучей волны в системе. Импульс (диаграмма 21) поступает на излучающий преобразователь 5, в котором преобразуется в акустический, проходит исследуемую среду и прнимается преобразователем 8. Электрический сигнал (диаграмма 22) с,преобразователя 8 поступает на приемник 9, в котором усиливается и проходит первичную обработку. С выхода модулятора 3 импульс (диаграмма 22) такяе поступает на нуль-орган 6, на выходе которого образуются импульсы (диаграмма 23), нормированные по амплитуде и длительности. Эти импульсы соответствуют по времени моментам прохождения через нулевые значения сигнала (диаграмма 21) на входе нуль-органа. Импульсы (диаграмма 24) с выхода приемника, сформированные аналогично импульсам 23, поступают на первый вход первого триггера 7, на второй вход которого поступают импульсы (диаграмма 23). На выходе триггера образуются импульсы (диаграмма 25), длительность которых несет информацию об изменениях температуры в исследуемой среде. Импульсы (диаграмма 24) поступают также на вторые входы первого и второго делителей 16 и 17. Коэффициент деления первого делителя 16 К, выбран: К2 т (1), где т -время прохождения ультразвукового сигнала в среде;- рабочая частота, т. е. пачкаимпульсов (диаграмма 25), соответствующая одному зондирующему радиоимпульсу5 21, формируется при наличии чисто бегучейволны в акустической системе. Остальнаячасть схемы презназначена для предотвращения влияния замирания принятого ультразвукового сигнала 22 и тем самым выпаф дания импульсов 24 на результат измерения и работает следующим образом,Серия импульсов (диаграмма 25) с выхода первого триггера 7 поступает на второй вход схемы И 10. При этом на третий1 о вход схемы И 10 непрерывно поступаютимпульсы дискретизации с частотой заполнениЯ 1 о 1, а на пеРвый вход - импУльсы(дпаграмма 26) с выхода второго триггера15. Этот импульс подготавливает схему 10к работе,Импульсы (диаграмма 25) также поступают на второй вход делителя 16 с коэффициентом деления К, который выбираетсязаранее по заданной точности контроля ивыполнению условия (1) и может быть, например, К, = 10. В случае переполненияделителя 16 (например, число импульсов 25больше десяти), на его выходе образуетсяимпульс (диаграмма 27), который перевоЗ дит триггер 15 в нулевое состояние. Приэтом схема И 10 закрывается.За время действия импульсов 25 и 26на выходе схемы И 10 образуются серииимпульсов (диаграмма 28), Число импульсов Уо в одной серии равно Мо = то 1 о + 1,1 и+оТ,где то = 1 п + ЬТо, или Жо =, +о1+ 1, здесь 1 = - , и = О, 1, 2,и зависит4 от продолжительности замирания сигнала,а ЬТо выбирается путем подбора расстояния 1 о между ультразвуковыми преобразователями и выбором несущей частоты 1так, чтобы выполнялось условие 0ЛТо ((1 во всем диапазоне изменения температуры контролируемой среды. Обычновыбирают ХТо = - при калибровке при 2бора на среднее значение диапазона изменения температуры.Серии импульсов 28 поступают на суммирующий вход разностного счетчика импульсов 13 и на первый вход делителя 17.Коэффициент деления делителя 17 выбран5 Дравным К, = - + 1, Если замиранияосигнала 22 нет, то п = 0 и то = ЬТо, чтодает то1. Отсюда видно, что число импульсов Жо в данном случае будет недостао 0 точным для переполнения делителя 17, иэти импульсы будут суммироваться в счетчике 13. Импульсы 24 в этом случае сбрасывают делитель 17 в нулевое состояние,подгогавливая о го к дальнейшей ра 65 боте, 76936445 5 Ц 5В случае замирания сигнала 22 на отдельных его участках получаем п = 1, 2,и то(1. В этом случае делитель 17 переполняется, на его выходе образуются импульсы(диаграмма 29), которые запускают генератор 18. При этом на выходе генератора18 образуется серия импульсов, число которых составляет Л = - п+ 1. Эта серияоимпульсов поступает на вычитающий входразностного счетчика 13, в котором фпкснЬТ,руется разность Л = У, - У =Таким образом, в счетчике 13 фиксируется число импульсов Л, пропорциональноеизменению времени прохождения ультразвуковой волны между преобразователями5 и 8, независимо от степени замираниясигнала. Накопление числа импульсов всчетчике 13 продолжается до того времени,пока не будет переполнен делитель 16.В этом случае на выходе делителя 16 образуется импульс (диаграмма 27), которыйпереводит триггер 15 в нулевое состояние,чем схема И 10 закрывается, и процесс измерения прекращается.Код с выхода счетчика 13 поступает нарешающий блок 14, в котором по измеренному времени прохождения КТО исчисляется отклонение температуры в исследуемойсреде, относительно среднего ее значения.С приходом следующего тактового импульса 19 сбрасываются показания цифрового табло решающего блока 14, разностный счетчик импульсов 13 и делитель 16переводятся в нулевые состояния, и триггер15 - в единичное, чем измеритель подготавливается к дальнейшей работе.Предлагаемый ультразвуковой измеритель флуктуаций температуры газовых средпозволяет повысить точность и помехоустойчивость измерений на счет накоплениярезультатов измерения по одному зондирующему радиоимпульсу и исключения погрешности, вызванной замиранием принятого сигнала.Кроме того, результат измерения представляется в цифровой форме, что позволяет автоматизировать системы контроля, основанные на определении температуры 5 о 15 2 О 25 зо 35 Ж 6ультразвуковым методом, н расширяет область применения ультразвуковых контрольно-измерительных приборов. Формула изобретенияУстройство для измерения температуры, содержащее соединенные электроакустнческн последовательно генератор возбуждающих импульсов, излучающий и принимающий ультразвуковые преобразователи, приемник итриггер отличающееся тем,что, с целью повышения точности прн одновременном увеличении помехоустойчивости, в устройство введены нуль-орган, первый генератор стабильной частоты н цепь из последовательно соединенных дифферепцнатора, делителя числа импульсов, второго триггера, схемы И, второго делителя числа импульсов, генератора серии импульсов, разностного счетчика импульсов и решающего блока, причем выход днфференциатора подключен также ко вторым входам решающего блока, второго триггера и разностного счетчика импульсов, третий вход которого подключен к выходу схемы И, ко входу которой подсоединен выход первого генератора стабильной частоты н выход первого триггера, подключенного вторым входом через нуль-орган к выходу генератора возбуждающих импульсов, прн этом выход приемника подключен также ко вторым входам делителей числа импульсов, а генератор возбуждающих импульсов содержит второй генератор стабильной частоты, модулятор и генератор тактовых импульсов, подключенный ко второму выходу генератора возбуждающих импульсов, ко входам дифференцнатора и модулятора, подключенного выходом к первому выходу генератора возбуждающих импульсов, а входом - к выходу второго генератора стабильной частоты,Источники ннформаннн,принятые во вннманне прн экспертизе 1. Патент СШЛ М 3534609, кл, 6 01 К 11/24, опублик. 1970.2. Авторское свидетельство ГССР М 658732, кл. 6 01 К 11/24, 11.01,77 (прототип).769364 ив 2 актор О. филиппова орректор О. Гусева Загорская типография Упрполиграфиздата Мособлисполко аказ 673 ВНИИ ставите Тех ред Изд.469рственного комитета СС 113035, Москва, Ж, Р л р Л,Тираж 729 ПодписноеСР по делам изобретений и открытий аушская наб., д. 4/5