SU1234731A2 - Датчик температуры - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике ; может быть использовано дл  измерени  температуры окружающей среды и параметров вибI J I I Т Д: раций объекта, на котором установлен датчик тe mepaтypы. Цель изобретени  - расширение функциональшхпс возможностей устройства. Устройство содержит линию задержки на поверхностных акустических волнах с пере- дан цим 2 и приемным 3 встречно-штыревыми преобразовател ми, встречно- штыревой преобразователь 4, усилители 5 , 7 и 9, детектор 8, cyt taTop. 10 и инвертор п. Введение новых элементов и образование новых св эей между элeмeнтa a устройства позвол ет оцените частотный диапазон, за- нимаеиай вибрационным спектром, а также энергетическое распределешю интенсивности вибраций в эанимае -юм или частотном диапазоне. I ил. tf с // / Ю ьо оо ( со S 3 м

Description

f

Изобретение относитс  к измерительной технике, может быть использовано дл  измерени  температуры окружающей среды и параметров вибраций объекта, на котором установлен предлагаемь1й датчик, и  вл етс  до- полнителнь1М к изобретению по авт. св. № 939968.

Целью изобретени   вл етс  расширение функциональных возможностей датчика температуры.

На чертеже представлена функцио- Нальна  схема предлагаемого датчика температуры.

Датчик содержит линию задержки I на поверхностньпс акустических волнах с передающим 2 и приемным 3 встреч- но-штьфевыми преобразовател ми на звукопроводе. На этом же звукопрово- де симметрично относительно первых двух преобразователей выполнен встречно-штыревой преобразователь А. Между приемным и передающим встречно-штыревыми преобразовател ми линии задержки включен первый усилитель 5, причем передакидий встречно-штыревой преобразователь подключен к одному из входов первого фазового детектора 6 а приемньвй встречно-штыревой преобразователь через второй усилитель 7 св зан с одним из входов второго фазового детектора 8. Вторые входы обоих фазов.ых детекторов через третий усилитель 9 св заны с дополнительным встречно-штыревым преобразователем , вьпсод первого фазового детектора подключен к первому входу сумматора Ю через инвертор 1I, а выход второго фазового детектора подключен k второму входу сумматора непосредственно,

Предлагае 1ый датчик температуры работает следующим образом.

Поскольку передающий 2 и приемный 3 встречно-штыревые преобразователи ультразвуковой линии задержки (ЛЗ) I на поверхностных акустических вол ных (ПАВ) подключены к выходу и входу усилител  5 соответственно, то образуетс  автогенератрр, частота генерируемого сигнала которого f, обратно пропорциональна суммарному времени прохождени  поверхностной акустической волны по поверхности звукопррвода линии задержки I и сигнала по электронной цепи

п/( 1„ +ГР ),

(1)

где

9 линии задержки Г н врем  распроt (j и ig - врем  прохождени  ПАВ

7312

странени  сигнала через усилитель 5

соответственно; п - посто нна  величина , характеризующа  тип возбу;(дае- мых акустических колебаний.

Как правило, врем  задержки t более чем на 3 пор дка превьшает врем  задержки сигнала в электронных цеп х Тg , поэтому задержками сигналов в усилител х 5, 7 и 9 можно пренебречь . В результате дл  частоты генерируемого автогенератором нала получают

,. nv

f, «J-

(2)

5

0

0

5

5

гДё V - скорость распространени  ПАВ по поверхности звукопровода;

f - путь, проходимый волной меж-. ду передакнцим 2 и приемным 3 встреч- ,но-штыревыми преобразовател ми.

Поскольку величины I и v с измене нием контролируемой температуры Т также измен ютс ,то и величина Q 1/V и значение f оказываютс  функ-. ци ми температуры Т, причем дл  боль- 5 шинства материалов, используемых в качестве звукопроводов J13 на ПАВ, така  зависимость оказываетс  линей НОЙ .

При упругой деформации консольно закрепленного звукопровода Л31, вызг- ванной воздействующей на него одновременно с температурой вибрацией, подвергаютс  деформации поверхности звукопровода, примем одна из широких граней звукопровода удлин етс  на некоторую величину, а друга  укорачиваетс  на ту же величину, что соответственно измен ет и врем  прохождени  ПАВ по каждой из граней (i и7 соответственно). Однако суммарное врем  прохождени  ПАВ от пере-, л дающего 2 до приемного 3 преобразовател  (t -t , L ) и,значит, равное ему врем  задержки (.а) , опре- дел кмцее частоту автогенератора при Т const и наличии вибрации, остаетс  посто нным, т.е.

с 3)

a тvconsi r 2 .

, де t,- врем  прохождени  ПАВ по первой грани звукопровода;

. врем  прохождени  ПАВ по второй грани звукопровода.

Таким образом, при одновременном воздействии температуры и вибрации в предлагаемом датчике температуры, как и в известном, частота сигнала f, получаема  на выходе усилител  5, т.е. на первом выходе предложенного датчика,  вл етс  функцией лишь измер емой температуры Т и не зави- сит от воздействующей на датчик одновременно с температурой вибрации

ti

f, г- f

с..

,0-Л (Т -TJ,

(А)

10

IS

20

25

30

где f- - частота сигнала, получаемого на пер вом выходе устройства (выход усилител  5);

д - значение частоты сигнала на первом выходе устройства при Т Т„ ,

V коэффициент чувствительности, характеризующий вли ние температуры на врем  задержки ПАВ 7 , и,значит, на генерируемую автогенератором, содержащем ультразвуковую Л31, частоту f 2 .

Величина dj тщательно.измерена и протабулирована дл  большинства материалов, в которых возможно распространение ПАВ, поэтому, зна  материал , из которого изготовлен зву- копровод ЛЗ, и значение f , характеристику преобразовани  предлагаемого датчика по температуре можно считать известной с высокой точностью .

Дл  выделени  информации о параметрах , воздействующей на датчик механической вибрации, можно воспользоватьс  тем фактом, что врем  прохождени  ПАВ по каждой из граней звукопроЕода - 1, и Т, соответственно (3) - в отличие от времени про- хождени  ПАВ между приемным и пере- дак цим преобразовател ми  вл етс  функцией не только контролируемой температуры Т, но и зависит от параметров воздействующей на датчик вибрации , а именно

г, ц, (Т) - k,Aj:os9t;

.ч,„(Т) - k,A Cos5lt, (5) где t,o (Т) (Т) - величины вре- мёни прохождени  ПАВ по гран м звуко- провода ЛЗ.при отсутствии вибраций; 45 R, - коэффициент пропорциональности, определ емый упругими свойствами кон- сольно закрепленного звукопровода; .Af - амплитуда механических вибраций; Я - частота вибраций. 50

Информацию об изменени х величин t, и Т можно получить, если выделить сигналы, пропорциональные разност м , фаз ь ч и ь ч частотных сигналов, снимаемых соответственно 55 с встречно-штыревых преобразователей 2 и 4, а также 4 и 3.Сигналы, снимаемые с преобразователей 2, 4 и 3

35

40

соответственно ражени ми

и, (Ць+У„ );

Ug (, ); 5 Uj U CosU t-t-4 , ).

10

IS

20

5

0

5 0

5

0

, МОЖНО записать вы (6)

где и, (j а„ амплитуда сигналов , снимаемых с преобразователей 2,4 и 3 соответственно; uJ - генерируема  автогенератором частота;

Ч о,,,Ч, начальные фазы сигналов, снимаемых с преобразователей 2, 4 и 3 соответственно.

Поскольку разности фаз сигналов и,, и, и и, Uj определ ютс  величинами времени прохождени  ПАВ (V и I j между соответствующими преобразовател ми , то дл  величин ач t

Л Ч - г воспользовав - ,-Ч,

и

шись выражением (5), можно записать

йЧ , k, ;;, ) - k AjcosStt)

4, k,a,(T) +

+ k,A; Cos9t),(7)

где k - коэффициент, определ е14лй акустическими свойствами материала звукопровода ЛЗ.

Так как сигналы U, , U и U,, U, попарно поступают на входы фазовых детекторов 6 и 8, то, пренебрега  дополнительными сдвигами, фаз в усилител х 7 и 9, которые предназначены дл  компенсации ослаблени  сигналов Uj и и в звукопроводе Л31, дл  сигналов на выходах фазовых детекторов 6 и 8 сор тветственно из вьфажени  (7) получают

. Кл,т,, flvf, К

Ь6 ЛМ-

A Cos5t);

VVDS ft,s К + k, ) ,

.(Т) () )

где , ч рв величины крутизны характеристик фазовых детекторов 6 и 8 соответственно.

Учитыва , что во всем температурном диапазоне „о (Т) 20 (Т), а величинь крутизны характеристик фазовых детекторов нетрудно обеспечить равными друг другу (, , К ) , и что сигнал Иср перед подачей его на один из входов сумматора 10 инвертируетс  инвертором II, дл  результирующего сигнала на выходе сумматора 10,  вл ющегос  вто- . рым выходом предлагаемого датчика, из выражени  (8) получают

выхг .qt. (9)

Из вьфажеии  (9) видно, что амплитуда сигнала, получаемого на втором выходе предпагаемого датчика температуры : пропор що альна амплитуде воэдействуицих на датчнк вибрацийл

-. 2 К.) а частота, этого сигнала  вл етс 

частотой вибраций, при этом параметры сигнала не завис т от конт- ролируемой температуры Тt

Таким образом подключа  к вто- рому входу предлагаемого датчика вольтметр и частотомер (не показаны) в случае узковолосного вибрационйо- го воздейстзм  можно получить информацию об амплитуде и частоте воздей- ствукичей на дйтчик вибрации.

В том случае, если спектр воз- fiS Acvsyieaiax вибраций немонохромат - ческий и содериит целый р д дйскрет пп , t

с ампли- соответ

ньк частот S1 , 51,4,.. , 9,

tf, .. У

ствз р1 ми щлитудами вибра онны :

частот , Ami А к Рторо- му шдкоду предщагаемрго датчика вмето вольтметра и частотомера необхр- да1мо iOAKJW4HTb анализатор спектра (не показан). При этой можно с вы- еокснй точностью оценить аммитуду и частоту каждой частотной состав- лвмщей вибрационного спектра:.

смешанном спектре когда л имеетсц и шумова  (случайна ) и дисретные соетавл юдае вибраций, с пометь же анализатора спектра можи0оце1шть частотный диапазон эан таеьв| вибрационным спектром,

Редактор Л Йовхан

Составитель Ю, Андри нов Техред Л.Сердюкова

2977/46 Тираж 77S

ВНШШИ Государственного СССР

.по делам изобретений и открытий M303S Москва Ж-г35 Раушска  наб., д. 4/5

Ко Под

.П)роизводСтвенно полйграфИческое предпри тие, г. УжгрроД:, ул. Проектна , 4

и

|

i

5

6

5

а также энергетическое распределение интенсивности вибрахдай в занимаемом ими частотном диапазоне.

Ф о р м у л а изобретени 

Датшк температуры по авт. св. № 939968 отличающийс  тем, что с целью расширени  функ- возможностей, в йем зву- копровод линии задержки снабжен до- полнитёльш)1м встречно-штьфеилм преобразователем размещенным симметрично относительно приемного и пере- даювдаго преобразователей, а схема регистрации выполнена в виде двух фазовых детекторов, первого второго и третьего усилителей, инвертора и сумматора, при этом один из входов первого фазового детектора подключен к передающему встречно-штыревому преобразователю, приемный встречно- атыревой преобразователь через вто-. рой усилитель подключен к одному из входов второго фазового детектора, третий встречно-штыревой преобразователь через третий усилитель подключен к входам фазовг х детекторов , выход первого фазового детектора через инвертор подключен к первому входу сумматора, вькод втог рого фазового детектора подключен К второ му входу сумматора, а вход и выкод первого усилител  подключены соответственно к приемному и передакадему преобразовател м .

Корректор В. Бут га Подписное

Claims (1)

1. Форм ул а изобретения

   Датчик температуры по авт. св. № 939968, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в нем звукопровод линии задержки снабжен дополнительным встречно-штыревым преобразователем , размещенным симметрично относительно приемного и передающего преобразователей, а схема регистрации выполнена в виде двух фазовых детекторов, первого, второго и третьего усилителей, инвертора и сумматора, при этом один из входов первого фазового детектора подключен к передающему встречно-штыревому преобразователю, приемный встречноштыревой преобразователь через вто—. рой усилитель подключен к одному из входов второго фазового детектора, третий встречно-штыревой преобразователь через третий усилитель подключен к вторым входам фазовых детекторов, выход первого фазового детектора через инвертор подключен к первому входу сумматора, выход втог рого фазового детектора подключен К второму входу сумматора, а вход и выход первого усилителя подключены соответственно к приемному и передающему преобразователям.