Способ измерения температурного профиля жидких и газообразных сред и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУ БЛИН а 1 2543 А 1 01 К 3/О Е ИЗОБРЕТЕНИЯСВИДЕТЕЛЬСТВУ ИСАНИ Н АВТОРСК ОСУДАРСТНЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНЯТИИ(71) Специальное конструкторсконологическое бюро Морского гидро эического института АН УССР (72) Б.С. Коган, А.С, Светличный и Ю.Б. Гимпилевич(56) Авторское свидетельство ССС У 821946, кл. С 01 К 3/04, 1979.Патент США У 3938385,кл. С 01 К 3/00, опублик, 1976.(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРНОГОПРОФИЛЯ ЖИДКИХ И ГАЗООБРАЗНЫХ СРЕДИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ. ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к измерению температуры и может быть использовано в океанологических и рыбопоисковых системах. Цель изобретения - снижение трудоемкости аппаратурной реализации способа измеренияи расширение диапазона измерений.Для этого зондирование проводят гармоническим сигналом, дискретно из"меняющимся по частоте, осуществляют1 поочередное отражение сигнала от введенных в коаксиальный кабель частотно-зависимых неоднородностей 5, определяют затухание неотраженных сигналов, по величине которых судят о температурном профиле среды Устройство содержит СВЧ-генератор 1 датчик 2 падающей волны, датчик 3 отраженной волны, согласованную нагрузку 6, блок 7 дискретной перестройки частоты, блок 8 обработки и запоминания и регистратор 9. Введение новых элементов и образование новых связей позволяет упроститьконструкцию и технологию изготовления термообразователя и расширитьдинамический диапазон измерений.Для этого осуществляют градуировкупоказаний регистратора 9 во всемрабочем диапазоне температур с требуемой дискретностью, а температурасреды, в которую помещен кабель 4,изменяется и фиксируется через требуемые интервалы с помощью образцового термометра, которым эта температура измеряется. 2 с,к, ф-лы. 3 ил.Изобретение относится к технике измерения температуры жидких и. га. - зообразных сред и может быть использовано, в частности, при океанологических и рыбопоисковых исследованиях, например, для измерения пространственного распределения по температурному профилю морской воды.Цель изобретения - снижение трудоемкости аппаратурной реализации способа измерения температурного профиля среды и расширение динамического диапазона измерений.Предложенный способ измерения температурного профиля жидких и газообразных сред заключается в зондировании электрическим сигналом термопреобраэователя, выполненного в виде коаксиального кабеля и помещенного в исследуемую среду, приеме отраженных сигналов и определении но ним температурного профиля среды, При этом зондирование производят гармоническим сигналом, дискретно изменяющимся по частоте, осуществляют поочередное отражене сигна.ла от введенных в коаксиальный кабель частотно-зависимых неоднородностей определяют затухание отраженных сигналов и но ним судят о температурном профиле среды.На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства, на фиг. 2 - возможная структурная схема блока обработки сигналов и запоминания, на фиг. 3 - структурная схема одного иэ возможных вариантов выполнения блока дискретной перестройки частоты,Устройство для измерения температурного профиля содержит фиг, 1)СВЧ-генератор 1, датчик 2 падающейволны, датчик 3 отраженной волны,коаксиальный кабель 4 с неоднородностями 5, согласованную нагрузку б,блок 7 дискретной перестройки часто 10 ты, блок 8 обработки и запоминания,регистратор 9.СВЧ-генератор 1 через датчикипадающей 2 и отраженной 3 волн соединен с входом термообразователя -коаксиального кабеля 4, нагруженногона согласованную нагрузку б. В коаксиальный кабель 4 в различных егосечениях включены неоднородностив виде короткозамкнутых шлейфов 5.Выходы датчиков мощности 2 и 3 соединены с информационными входамиблока 8 обработки и запоминания, выход которого соединен с входом регистратора 9. Управляемые входы генератора 1 и блока 8 обработки и запоминания соединены с выходами блока7 дискретной перестройки частоты,Датчики падающей 2 и отраженной3 волн предназначены для получениянапряжений, пропорциональных мощностям падающей и отраженных волн. Датчики 2 и 3 могут быть реализованы,например, на широкополосных направленных ответвлениях, нагруженных надетекторные секции.В качестве термопреобразователя4 может быть использован коаксиаль 1254314:г Ь,.1,где 1; - длина волны, соответствую- .щая-й дискретной частоте генератора 1,оп=1, 21 = 1, 2, 3 .Блок 8 обработки и запоминания выполняет функции преобразования 25 сигналов с выходов датчиков 2 и 3 прямой и отраженной волн в код запоминания этих кодов, вычисления температуры и вывода информации на регистратор 9 (блок 8 может быть вы- ЗО полнен по схеме, приведенной на фиг. 2) . Блок 8 содержит микро-ЭВМ 10, коммутатор 11, аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 12. Первый и второй входы коммутатора 11 соединены с выходами датчиков прямой 2 и отраженной 3 волн, выход коммутатора 11 включен на информационный вход . 4 О АЦП 12, выход которого соединен с информационным входом микро-ЭВМ 10. Первый и второй управляющие выходы микро-ЭВМ 10 включены на управляющие входы коммутатора 11 и АЦИ 12, 45 Второй информационный вход микро- ЭВМ 10 соединен с информационным выходом блока 7 дискретной перестрой. ки частоты, а выход подключен к регистратору 9.Блок 7 дискретной перестройки частоты предназначен для формирования ступенчатого напряжения, обеспечивающего дискретную перестройку СВЧ-генератор 1. В состав блока 7 .входит (фиг. 3) генератор тактовых импульсов 13, счетчик импульсов 4, цифроаналоговый преобразователь 50 ный кабель, например, с волновым сопротивлением 50 или 75 Ом (РК 50, РК 75).Короткозамкнутые шлейфы 5 обеспечивают короткое замыкание в кабе ле 4 для длин волн, соответствующих дискретным .частотам генератора 1,Короткозамкнутые шлейфы 5 выполнены из отрезков того же коаксиального кабеля 4 и включены между центральной жилой кабеля К и его экранирующей оплеткой. Шлейфы 5 включены на расстоянии ( от входа кабеля14, а их длина , выбирается по соотношению 5(ЦАП) 5. Выход генератора тактовых импульсов 13 соединен с входом счетчика 14, а выход счетчика 14 соединен с вхЬдами ЦАП 15 и блока 8 обработки и запоминания.Регистратор 9 может быть выполнен на индикаторах панорамного типа, в которых развертка по горизонтали соответствует расстоянию вдоль кабеля 4, а по вертикали - температуре. Для этой цели можно использовать, например, осциллографические индикаторы типа Я 2 Р.Устройство для измерения температурного профиля работает следующим образом.СВЧ-генератор 1 (фиг. 1) вырабатывает сигнал мощностью Р (мощность падающей волны), который через датчики подающей 2 и отраженной 3 волн поступает на вход коаксиального кабеля 4, нагруженного на согласованную нагрузку 5 и помещенного в исследуемую среду, и одновременно на первый вход блока 8 обработки и запоминания, где преобразуется в код и запоминается (О.), При этом длина волны 3 генератора 1 устанавливается блоком дискретной перестройки частоты 7 и может принимать последовательный дискретный ряд значенийЯ;( = 1, 2,).Генератор тактовых импульсов 13 формирует прямоугольные импульсы, поступающие на вход счетчика 14, число разрядов которого равно числу шлейфов (ь) . Коды со счетчика 14 поступают на вход цифроаналогового преобразователя (ЦАП) 15. С приходом каждого последующего импульса с генератора 13 состояние счетчика 14 увеличивается на единицу, что соответствует некоторбму приращению напряжения ЦАП 15. Таким образом формируется ступенчатое нарастающее напряжение на выходе ЦАП 15, обеспечивающее дискретную перестройку СВЧ-генератора 1. Код с выхода счетчика 14 поступает в блок 8 обработки, где он используется для синхронизации обработки информации.Сигнал падающей волны, поступивший на вход коаксиального кабеля 4, распространяется в направлении согласованной нагрузки 6.В 1 -м сечении на расстояниях от. входа коаксиального кабеля 4 происходит эффективное отражение7 1Индекс И в обозначениях величин относится к режиму измерения.Затем в блоке 8 обработки и запоминания определяется разность затуханий отраженной волны на 1 -м участке кабеля 4 в режимах калибровЭки и измерения, которая в соответствии с (6) и (7) равна К1,: 1: - И, =2 О - +1мые интервалы с помощью образцовоготермометра, которым эта температураизмеряется. При каждом значениитемпературы блоком 8 проводится определение ьй;и 44; и выдача этихпараметров в регистратор 9. При этомпоказания регистратора 9 градуируютнепосредственно в значениях температуры среды.ФормулаПри этом исключается зависимость результата измерения ьй, от коэффициента отражения -й неоднородности Г;Формула (8) несет информацию об изменении средней температуры слоя среды, примыкающего к-му отрезку кабеля 4, Если эта температура соответствует температуре калибровК ики, то затухание М, = й. и д М. =О. Если средняя температура увеличится, то затухание в этом режиме измерения возрастет (по модулю), т.е. 25 д" ) )й.1 , при этом ьй;О, Ес 1.ли же средняя температура слоя уменьшится, то 1 К . 1( 18 и д 1 Ч ( О.Если требуется определить среднюю температуру слоя среды на участ- ЗО ке между 1 -й и (1+1)-й неоднородностями, то в устройстве обработки и запоминания 8 определяется разность приращений затухания на ( +1)-м и 1 -м участках35К л Ик . л(Ч)40 где - номер участка, заключенного между-й и (1+1)-йнеоднородностями.Далее результаты определения ь М. по формуле (8) либо ьбпо формуле (9) поступают из блока 8 обработки45 и запоминания на вход регистратора 9.Для того, чтобы по лй,либо по 1ЬЬвосстановить температурный профиль, необходимо точно знать, каким значениям температуры соответствуют конкретные значения ЬМ . и ьбДля этого осуществляют градуировку показаний регистратора 9 во всем рабочем диапазоне температур с требуемой дискретностью. При этом в режиме градуировки температура среды, в которую помещен кабель 4, изменяется и фиксируется через требуе 1. Способ измерения температурного профиля жидких и газообразных сред, заключающийся в зондировании электрическим сигналом термообразователя, выполненного в виде коаксиального кабеля и помещенного в исследуемую среду, приеме отраженных сигналов и определении по ним температурного профиля среды, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью снижения трудоемкости аппаратурной реализации способа и расширения динамического диапазона измерений, ,зондирование проводят гармоническим сигналом, дискретно изменяющимся по, частоте, осуществляют поочередное отражение сигнала от введенных в коаксиальный кабель частотно-зависимых неоднородностей, определяют затухание отраженных сигналов, по величине которых судят о температурном профиле среды.2. Устройство для измерения температурного профиля жидких и газообразных сред, содержащее генератор1 Д сигналов, термообразователь,выполненный в виде коаксиального кабеля, подсоединенную к нему согласованную нагрузку, регистратор, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения конструкции и технологии изготовления термообразователя и расширения динамического диапазона измерений; в различные сечения коаксиального кабеля дополнительно включены частотно-зависимые неоднородности в виде короткозамкнутых шлейфов, в устройство введены блок дискретной перестройки частоты, датчики мощности падающей и отраженной волн, блок обработки и запоминания, при этом датчики мощности падающей и отраженной волн включены последовательно между генератором сигналов и входом коаксиального кабеля, выходы блока дискретной перестройки частоты соединены с управляющими входами генеЯ Д/ЩЩЯф ДЦю Я ф/ф 7 Щ/Я Яю0 оацбо Юпны 2 еениац 3 юпнь Л Составитель В.ГолубеТехред И.Ходанкч Корректор И. Самборск едактор А,Гуль з 4710/4 Тираж 778 Подписное ВНИИИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб д, 4/5роиэводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул,Проектная,9 1254314 10ратора сигналов и блока обработки ков мощности падающей и отраженной и запоминания, информационные входы волн, а выход соединен с вхбдом рекоторого подключены к выходам датчи- гистратора.