CS210255B1 - Akustické čidlo k mečení délkových {změn - Google Patents

Description

Vynález se týká akustického čidla k měření délkových změn v rozmezí asi ΙΟ“⁶ až 10² m, sestávající ze dvou píšťal, jejíchž akustické délky se mění měřenými délkovými změnami.

Dosud známé způsoby měření délkových změn pracují většinou na principu mechanickém, optickém, kapacitním, induktivním nebo pneumatickém, přičemž převodník signálu z čidla a jeho přenos na dálku bývá na principu elektrickém nebo pneumatickém. Při měření dilatací v atomovém reaktoru nebo uvnitř pecí je důležitý požadavek odolnosti měřicího zařízení vůči ionizačnímu záření a vůči teplotám až mnoho set °C.

Známé způsoby mají nevýhodu složitého elektrického nebo elektronického provedení, jehož technologické materiály neodolávají ionizačriímu záření, případně vysokým teplotám, nébo poskytují výstupní signál o značně nelineární závislosti na měřených délkových změnách.

Dosavadní; nevýhody odstraňuje akustické čidlo k měření délkových změn v rozmezí asi 10“⁶ až 10² m, sestávající ze dvou píšťal, jejichž akustická délka se mění měřenými délkóvými změnami, podle vynálezu, jehož podstatou je, že plášť první píšťaly je spojen s pláštěm druhé píšťaly a s první opějjkou vymezující měřenou délku z jedné strany, zatímco píst společný oběma píšťalám je spojen s druhou opěrkóu vyme210255 zjijící měřenou .délku z druhé strany, přičemž přívod plynu k první píšťale je paralelně zapojen s přívodem plynu k druhé píšťale.

j Podstatou vynálezu také je, že přívod plynů k první píšťale je připojen k prvnímu vjýstupu trojcestného přepínače proudu plynu a přívod plynu k druhé píšťale je připojen k druhému výstupu trojcestného přepínače proudu plynu.

{Předností čidla podle vynálezu je konstrukční jednoduchost, možnost použití materiálů odolných vysokým teplotám, například 1250 °C i intenzivnímu ionizačnímu záření, například taveného křemene nebo ipvaru nebo žárupevné oceli.

{ Další předností čidla podle vynálezu je, žfe výstupní signál čidla představovaný rozdílovou frekvencí obou znějících píšťal ujmožňuje přímý bezdrátový přenos akusticIsjou cestou, přičemž změny plynu napájecího obě píšťaly s teplotou, tlakem nebo hustotou neovlivňují výstupní signál, jehož závislost na měřených délkových změnách je Ijneární.

í, Čidlo je vhodné pro měření délkových změn uvnitř pecí nebo v atomovém reaktoru s bezdrátovým přenosem signálu na dálku. , {Vynález blíže objasní výkres, kde na obr, lf je například provedení čidla se dvěma píšťalami připojenými paralelně ke zdroji proudu plynu a na obr. 2 je například provedení, kde obě píšťaly čidla jsou připojeny k přepínači proudu plynu.

První případ na obr. 1 sestává ze dvou píšťal s pohyblivými písty, jejichž akustická délka je vázána na měřené délkové změny. Pláště 3, 4 obou píšťal 1, 2 jsou spojeny navzájem a s první opěrkou S, která vymezuje měřenou délku 6 z jedné strany. Píst 7 je společný oběma píšťalám 1 a 2 a je spojen s druhou opěrkou 8 vymezující měřenou délkou 6 z druhé strany. Přívod plynu 9 k první píšťale 1 je zapojen paralelně s přívodem plynu 10 k druhé píšťale 2.

Na obr. 2 je příklad provedení čidla, které se liší od provedení na obr. 1 jen tím, že přívody plynu 9 a 10 k píšťalám 1 a 2 jsou připojeny na výstupy 11 a 13 trojcestného přepínače 12 přoudu plynu.

Funkce akustického čidla podle vynálezu vysvítá z fyzikálního a matematického odvození pro akustické kmitání uzavřeného rezonátoru píšťalového tvaru na základní frekvenci. Při kmitání plynu ,v píšťale je frekvence základního tónu _f ;__

Izákl. — kde Λ je délka vlny, c je rychlost zvuku v plynu. Pro uzavřenou píšťalu délky 1 je λ = 41. Potom

Rychlost šíření zvuku c v plynu závisí na Poissonově konstantě κ, liustotě p, tlaku p a teplotě T plynu podle vztahu

Délka první píšťaly 1ι = 1ο/1-}-α(Τι —T₀)/-j-j- Al a délka druhé píšťaly l₂ = l₀/1+α(Τ!—T_o)/— — Al, kde a je teplotní činitel délkové roztažnosti, u \ohou píšťal stejný, T_x je teplota obou píšťal, T_o je výchozí teplota, při níž h = = 1₂ = l₀, Al = měřená délková \ změna.

Po dosazení obdržíme fi {l₀/l+a (Tj-To J/+A1} = c 4 f₂ {lo/l-t-aíTi—T_o)/—-Al} = c.

Odtud Al =- -²~y- . 1/1+aíTj—To)/. I2 Γ ll

Pro relativně malé změny délky jest Af = f₂-f₁«f₁.

Je-li teplotní součinitel délkové roztažnosti materiálu píšťal a = 0, nebo provede-li se vynulování Af = 0 za pracovní teploty Ti ~ = T_o, potom měřená poměrná délková změna

Al •A_ .2 ‘ f = konst. . Af je úměrná rozdílu frekvencí obou píšťal a nezávisí na změnách vlastností plynu rpzeznívajícího obě píšťaly. ,

Praktický příklad čidla podle vynálezu představují dvě Galtonovy píšťaly s kruhovým rtem, o akustické délce 10 mm a průměru 3 mm. Frekvence kmitání je cca 8300 Hz. Posuvem společného pístu o měřenou délku 1 μΐη se vyvolá změna rozdílové frekvence o 1,66 Hz.

Využití čidla podle vynálezu je výhodné ve spojení s měřičem akustické rozdílové frekvence Af obou píšťal, která se může měřit přímo jako Interferenční rozdílový tón libovolným měřičem s dolnofrekvenční propustí. Na příkladu uspořádání podle obr. 2 je možno měřit rozdílovou frekvenci obou píšťal postupným měřením při střídavém rozeznáváním píšťal pomocí přepínače proudu plynu. Některým známým měřičem frekvence, například číslicovým čítačem s pamětí, se zjistí rozdíl dvou postupně měřených frekvencí.

Claims (2)

1. Akustické čidlo k měření délkových změn v rozmezí 10⁶ až 10 -² m, sestávající ze dvou píšťal, jejichž akustická délka se mění měřenými délkovými změnami, vyznačené tím, že plášť (3) první píšťaly (1) je spojen s pláštěm (4) druhé píšťaly (21 a s první opěrkou (5) vymezující měřenou délku (6) z jedné strany, zatímco píst (7) společný oběma píšťalám (1, 2) je spojeri s druhou opěrkou (8) vymezující měřenou délku (6) z druhé strany, přičemž přívod plynu (9)

2 výkresy k první píšťale (1) je paralelně zapojen s přívodem plynu (10) k druhé píšťale (2).

2. Akustické čidlo podle bodu 1, vyznačené tím, že přívod plynu (9) k první píšťale (1) je připojen k prvnímu výstupu (11) trojcestného přepínače (12) proudu plynu a přívod plynu (10) k druhé píšťale (2) je připojen k druhému výstupu (13) trojcestného přepínače (12) proudu plynu.