АКУСТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ТЕМПЕРАТУРЫ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно, к средствам измерения температуры.
Известен акустический преобразователь температуры (Трохан A.M. Гидроаэрофизические измерения - М.: Издательство стандартов, 1981, с.185-187), содержащий источник и приемник акустических колебаний, подключенные с помощью трубок к герметичному термобаллону, заполненному термометрическим газом и выполняющему функцию акустического резонатора. Измерение температуры осуществляется по скорости звука, которую определяют по частоте акустических колебаний в термобаллоне, которая наблюдается в момент резонанса.
Недостатком этого акустического преобразователя температуры является высокое требование к добротности акустического резонатора, которое трудно обеспечить при измерении высоких температур, и необходимость подбора резонансной частоты, путем изменения частоты акустических колебаний источника.
Наиболее близким по технической сущности является акустический преобразователь температуры (Агейкин Д.И. и другие. Датчики контроля и регулирования М.: Машиностроение 1965, с.831-832), содержащий термобаллон, выполненный с возможностью размещения в объекте контроля температуры, и преобразовательную камеру в форме трубок, закрытых с одного конца крышкой, а с другого снабженных фланцами и соединенные друг с другом с помощью этих фланцев, источник акустических колебаний, установленный в закрытом конце преобразовательной камеры и подключенный к электронному устройству формирования и обработки электрических сигналов. Температура с помощью такого акустического преобразователя температуры измеряется по частоте акустических колебаний, возникающих в замкнутой системе, состоящей из резонатора, источника и приемника акустических колебаний.
Недостатком такого акустического преобразователя температуры является ограниченный диапазон измерений и необходимость использования дополнительного преобразователя для ввода сигнала в аналоговую систему контроля управления.
Задачей полезной модели является расширение диапазона измерений акустического преобразователя температуры.
Технический результат - создание акустического преобразователя температуры с аналоговым выходным сигналом, способного измерять температуру в диапазоне (10-2000) К.
Технический результат достигается тем, что акустический преобразователь температуры, содержащий термобаллон, выполненный с возможностью размещения в объекте контроля температуры, и преобразовательную камеру в форме трубок, закрытых с одного конца крышкой, а с другого снабженных фланцами и соединенные друг с другом с помощью этих фланцев, источник акустических колебаний, установленный в закрытом конце преобразовательной камеры и подключенный к электронному устройству формирования и обработки электрических сигналов, в соответствии с полезной моделью, дополнительно содержит стабилизатор расхода газа, входной и выходной штуцеры, расположенные на отрезке между источником акустических колебаний и фланцем преобразовательной камеры, причем входной штуцер подключен к выходу стабилизатора расхода газа, а выходной штуцер сообщен с атмосферой, при этом электронное устройство формирования и обработки электрических сигналов содержит генератор формирования электрических колебаний, подключенный к источнику акустических колебаний через резистор, и усилитель, вход которого подключен к резистору, а выход - к микроконтроллеру.
Такая конструкция акустического преобразователя температуры обеспечивает простоту измерений, возможность непосредственного получения аналогового сигнала в виде изменения тока в цепи. Предложенная конструкция акустического преобразователя температуры обеспечивает возможность измерений как очень низких (криогенных), так и очень высоких температур, что определяется наличием элементов стабилизации условий работы преобразовательной камеры и возможностью изготовления термобаллона из материалов, способных сохранить свои механические свойства при низких и высоких температурах.
По сравнению с прототипом заявляемая конструкция имеет отличительную особенность в совокупности элементов и их взаимном расположении.
Схема акустического преобразователя температуры показана на фиг.1. Акустический преобразователь температуры, содержит термобаллон 1, выполненный с возможностью размещения в объекте контроля температуры 2, и преобразовательную камеру 3 в форме трубок, закрытых с одного конца крышкой 4 и 5, а с другого снабженных фланцами 6 и 7 и соединенные друг с другом с помощью этих фланцев, источник акустических колебаний 8, установленный в закрытом конце преобразовательной камеры и подключенный к электронному устройству формирования и обработки электрических сигналов 9, стабилизатор расхода газа 10, входной и выходной штуцеры 11 и 12, расположенные на отрезке между источником акустических колебаний и фланцем преобразовательной камеры, причем входной штуцер подключен к выходу стабилизатора расхода газа, а выходной штуцер сообщен с атмосферой, при этом электронное устройство формирования и обработки электрических сигналов содержит генератор формирования электрических колебаний 13, подключенный к источнику акустических колебаний через резистор 14, и усилитель 15, вход которого подключен к резистору, а выход - к микроконтроллеру 16.
Работа акустического преобразователя температуры осуществляется следующим образом.
Акустический преобразователь температуры устанавливается на объекте контроля так, что термобаллон 1 размещается во внутренней полости объекта. Термобаллон с крышкой 4 при измерении высоких температур, например, 2000 К и более изготавливают из вольфрама или кварца. В преобразовательную камеру 3 через стабилизатор расхода газа 10 и входной штуцер 11 непрерывно подают потоки газа, например воздуха. Поток газа покидает преобразовательную камеру через выходной штуцер 12. От генератора 13 к источнику акустических колебаний 8 непрерывно подают электрические гармонические колебания, частота которых подбирается в зависимости от размеров термобаллона и преобразовательной камеры, а так же от диапазона измеряемых температур. Акустические колебания отражаются от крышки 4 и в волноводе, состоящем из преобразовательной камеры и термобаллона, возникает стоячая акустическая волна. При изменении температуры термобаллона изменяется температура заполняющего его газа, что приводит к изменению скорости звука и изменению тока в цепи источника акустических колебаний. Полученный сигнал, через усилитель 12 поступает на вход микропроцессор 13, на выходе которого формируется измерительная информация о значении температуры объекта контроля.
Опытным путем установлено, что сигнал зависит от температуры термобаллона.
Преимуществом предлагаемого технического решения является:
- простота конструкции;
- возможность получения без дополнительного преобразования аналогового сигнала;
- широкий диапазон измерений, а именно возможность измерения низкой (в том числе криогенных) и высокой температуры.
Предлагаемый акустический преобразователь температуры может быть реализован на базе стандартного источника колебаний, генератора и широко распространенных электронных элементов.
Акустический преобразователь температуры может найти применение при решении задач измерения низких, в том числе криогенных, и высоких температур, как на технологических процессах, так и в научных исследованиях.