SU808866A1 - Измеритель скорости звука - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к измерительной технике и предназначено дл  измерени  скорости распространени  звука в жидкост х и газах.

Известно устройство f1J , содержащее генератор импульсов, излучающий ультразвуковой преобразователь, приемный преобразователь, усилитель и частотомер , соединенные в кольцо таким образом, что образуют генератор с запаздьюающей обратной св зью. Частота такого генератора, пропорциональна  скорости звука в исследуемой среде, измер еЛ  частотомером, подключен;йьп«( к выходу усилител  или генератора. Погрешность измерени  определ етс  при этом по формуле

V е

-§гь

c.i.

(1)

де Тд - врем  задержки в электрических цеп х;

Т - среднее врем  распределени  звуковой волны между преобразовател ми;

V - скорость движени  среды вдоль

оси распространени  звука; С - средн   скорость звука в

среде;

t - толщина сло  обрастани  или коррозии, в котором скорость звука равна С ; L - длина базы.

Недостатком данного устройства, как видно из формулы (1),  вл етс  то, что умасьшить погрешность измерени  в устройстве можно только за счет увеличени  базы, т.е. габаритных размеров,г периодической очистки поверхностей преобразователей и уменьшени  скорости смены среды в измерительном объеме, что в реальных услови х (например, при установке измерител  на морских судах с целью непрерьшнс  о исследовани  физико-лимических свойств воды) практически эатруднено , а иногда и невозможно.

Известно также устройство12, позвол ющее в значительной степени умень- . шить ргдельные слагаемые погреитости. когсрые еодержиг генерагор импульсов, излучающий преобразователь, два приемных преобразовагел , расположенных на разных рассто ни х от-, излучател , коммутатор , усилитель, синхронизатор и измеритель временного интервала. Посколь ку в данном устройстве измер етс  разность времён распространени  излученного импульса до двух приемных преобразователей , соединенных через коммутатор с общим усилителем, то ошибка из мерени , св занна  с задержкой импульсо в общих электрических цеп х и прохождением через примерно равные по толщине слои коррозии (обрастани ) преобразователей , оказываетс  в значительной степе ни уменьшенной, и обща  погрешность выражаетс  формулой Г (2) где fj и - толщина сло  ксррозии (обрастани  ) второго и первого приемных преобразователей соответственно; L. - рассто ние между приемными преобразовател ми. Недостатком известного устройства, как видно из формулы (2),  вл етс  недостаточна  точность измерений. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности  вл етс  измеритель скорости звука 13 , содержащий синхронизатор, генератор зондирующего сигнала, коммутатор, приемник, измеритель временного интервала, преобразователь информации, электроакустический преобразователь и отражатель, В этом устройстве измерение времени распространени  излученного импульса производитс  от электроакустического преобразовател  до отражател  и обратно Так как в этом случае ультразвуковой импульс проходит в среде в двух противо положных направлени х, то происходит почти полна  компенсаци  ошибки, св зан ной с движением среды. Погрешность определ етс  по формуле . - I, Недостатком устройства, как видно из ффмулы (3),  вл етс  погрешность изм рени  из-за наличи  сло  коррозии или обрастани  микроорганизмами на поверхност х преобразовател  и отражател . Э .значит, что устройство не может длител ное врем  эксплуатироватьс  в агрессив ных средах. Цель изобретени  - уменьшение погрешности измерени . Й 64 Указанна  цель достигаетс  тем, что измеритель снабжен вторым отражателем, расположенным от преобразовател  на рассто нии , не равном рассто нию от электроакустического преобразовател  до первЬго отражател . На фиг. 1 представлено устройство, структурна  схема; на фиг. 2 - эпюры, по сн ющие его работу. Устройство содержит синхронизатор 1, последовательно соединенные генератор 2 зондирующего сигнала, коммутатор 3, вторым входом соединенньй со вторым выходом синхронизатора 1, приемник 4, а также измеритель 5 вре екного интервала , преобразователь 6 информации, дополнительные входы которых св заны с дополнительными выходами синхронизатора 1. соединенньй с выходом коммутатора 3 электроакустический преобразователь 7, который вместе с электроакустически св занными отражателем 8 и вторым отражателем 9, расположенным от преобразовател  7 на рассто нии, не равном рассто нию от электроакустическо- го преобразовател  7 до первого отражател  8,находитс  в среде 1О. Устройство работает следующим образом . Импульс синхронизатора 1 (эпюра а) поступает на коммутирующий вход коммутатора 3, и .происходит соединение выхода генератора 2 со входом преобразовател  7, а вход приемника 4 на это врем  от преобразовател  7 отключаетс . Когда с синхронизатора 1 поступает импульс запуска (б), в генераторе 2 формируетс  зондирующий импульс (д), который через коммутатор 3 Поступает в преобразователь 7 и возбуждает в исследуемой среде 1О импульс звуковых колебаний . Отраженные от отражателей 8 и 9 импульсы возбуждают в преобразовате..е 7 электрические импульсы. Так как длительность импульсов (а) и (б) выбираетс  меньще времени распространени  ультразвуковых импyл 5coв в среде 1О, то к моменту прихода отраженньсх импульсов коммутатор 3 отключает выход генератора 2 зсждирующего сигнала от акустического преобразовател  7 и под-. ключарт последний ко входу приецника 4. В приемнике происходит усиление и детектирование отраженных импульсов (з), которые и поступают на измеритель 5 временного интервала., Перед началом следующего цикла иомерекий импульсом (в) синхронизатогш 1 происходит перенос информации на иоме|И1То/1У1 Г промен580 ного интервала, например, в виде ци(1рово.«го кода, в преобразователь 6 информации, который преобразует измеренную величину разности Tj -Т в соответствии с выражением Y LT ( Ц-рассто ние между отражател ми 8 и 9) и на вьрсоде, которого получают информацию о скорости звука в исследуемой среде Ю в нужном виде, например в виде частоты импульсов или цифрового кода. Импульс (г) сннхронизатора 1 устанавливает измеритель

5 временного интервала в исходное состо ние и блокирует его работу на все врем , не соответствующее приему первы отраженных от отражателей 8 и 9 импульсов .

Период измерени  Т выбираетс  большим , чем врем  затухани  всех неодно - кратно переотраженных в измерительном объекте импуПьсов.

Рассто ние между отражател ми 8 и 9 выбираетс  так, чтобы интервал времени Tj -Т был достаточно большим в цел х упрощени  аппаратуры дл  его измерени .

Легко показать, что погрешность измерени  скорости звука в устройстве выражаетс  формулой (4):

,,4,

где (л и 1л - толщина сло  коррозии (обрастани ) соответственно второго и первого отражателей;

I, - рассто ние между отражател ми .. . Из сопоставлени  формул (4) и (3) следует, что погрешность измерени  устрсйства много меньше, чем у известного

поверхностей от коррозии (обрастани ) во много раз больше известного, в результат те чего резко сокращаютс  затраты мате« риальных и трудовых ресурсов на эксплуатацию .

Claims (3)

1. Формула изобретен и   Измеритель скорости звука, содержащий синхронизатор, генератор зондирующего сигнала, коммутатор, приемник, измеритель временного интервала, преобра зсватель информации, электроакустический преобразователь и отражатель, отличающийс  тем, что, с целью уменьшени  погрешности измерени , измеритель снабжен вторым отражателем, расположенным от преобразовател  на рас- . .сто нии, не равном рассто нию от электроакустического преобразовател  до первето отражател .

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Автсрское свидетельство СССР

   № 586341, кл. G 01 Н 5/ОО, 1976.
2. 2.Авторское свидетельство СССР NO 554469, кл. Q О1 Н 5/ОО, 1975.
3. 3.Патент Великобритании

   № 1291181, кл. Н 4 D , 1972 (прототип ).

   Л 66 устройства, так как всегда выпопн югс  неравенства: , (7-l«V.(gj Поэтому при одинаковом времени эксплуатации известного устройства и предлагаемого последнее обладает на пор док меньшей погрешностью, что ценно само по себе. При одинаковой допустимой погрешности измерени  срок эксплуатации предлагаемого измерител  без очистки базовых

   :

   s

    

   -Vb

   ч f-u

   - --Щ-1|||нг-

   KA

   -V /Т2-Г ,

   flffi/e. 2

   Is,K.

   -