АКУСТИЧЕСКИЙ ТЕРМОМЕТР

Полезная модель относится к области теплотехнических измерений и может быть использовано при построении цифровых термометров для работы во взрывоопасных средах.
Известно устройство (заявка WO 2006/030025 A1, TEMPERATURE DETERMINATION OF AN AWAY-FACING SURFACE OF OBJECT), выбранное в качестве прототипа, содержащее емкость в виде герметичного цилиндра, заполненную рабочей жидкостью, акустический преобразователь, устанавливаемый снаружи емкости, к которому последовательно подключены блок управления и вычислитель.
Недостатком известного устройства является низкая точность определения температуры, обусловленная зависимостью скорости распространения ультразвукового импульса не только от температуры, но и от давления в рабочей жидкости и зависимостью амплитуды принятого ультразвукового импульса от величины акустического контакта датчика с емкостью.
Задачей полезной модели является создание акустического термометра, обеспечивающего высокую точность измерения.
Поставленная задача решена за счет того, что акустический термометр, также как прототип, содержит емкость с рабочей жидкостью и последовательно соединенные акустический преобразователь, блок управления и вычислитель.
Согласно полезной модели внутрь емкости, выполненной в виде герметичного цилиндра, заполненной рабочей жидкостью помещены акустический преобразователь и отражатель, позади которого расположен сильфон, причем акустический преобразователь и отражатель установлены у противоположных сторон емкости, а в качестве рабочей жидкости применен этиловый спирт.
За счет того, что акустический термометр содержит емкость, заполненную рабочей жидкостью и акустический преобразователь, установленный внутри емкости, обеспечена возможность получения хорошего акустического контакта акустического преобразователя с рабочей жидкостью. Применение сильфона позволило поддерживать постоянным давление в рабочей жидкости и исключить погрешность измерения, обусловленную непостоянством давления в рабочей жидкости.
На фиг.1. представлена схема акустического термометра.
На фиг.2. представлен график зависимости скорости прохождения ультразвукового сигнала через рабочую среду от температуры.
Акустический термометр (фиг.1) содержит емкость 1, полностью заполненную рабочей жидкостью 2, отражатель 3, сильфон 4 и последовательно соединенные акустический преобразователь 5, блок управления 6 и вычислитель 7. Акустический преобразователь 5 установлен внутри емкости 1, а сильфон 4 расположен сзади отражателя 3. В качестве рабочей жидкости 2 применен этиловый спирт, имеющий квази-линейную зависимость скорости прохождения ультразвуковых сигналов от температуры. Емкость 1 выполнена в виде герметичного цилиндра из материала с высокой теплопроводностью, например из меди, отражатель 3 может быть выполнен из металла, например из стали, сильфон 4 должен быть выполнен из резины для компенсации температурных расширений этилового спирта.
Работа устройства (фиг.1) происходит следующим образом:
Емкость 1 помещают в жидкую или газообразную среду, или прислоняют к контролируемому объекту в то место, где требуется измерить температуру. Вычислитель 7 выдает сигнал на блок управления 6, который управляет акустическим преобразователем 5. Акустический преобразователь 5 осуществляет подачу коротких ультразвуковых импульсов в рабочую жидкость 2 и прием отраженных от отражателя 3 ультразвуковых импульсов. Принятые импульсы поступают в блок управления 6, который формирует импульс, длительность которого равна времени 2-х кратного прохождения ультразвуковых импульсных сигналов фиксированного расстояния по рабочей жидкости 2. Вычислитель 7 по вычисленному интервалу времени определяют скорость распространения ультразвуковых импульсов по формуле:
C=2*L/t;
Где L - расстояние между преобразователем и отражателем,
t - время распространения ультразвуковых импульсов от преобразователя до отражателя и обратно.
По экспериментально снятой зависимости скорости распространения ультразвуковых импульсов от температуры (фиг.2) вычислитель 7 определяет температуру среды.