3.3 Інші типи термометрів

Варіант ультразвукового термометра, використовую чого неперервні коливання, зображено на рис. 3.3.1,а. неперервний сигнал генератора 1 перетворюється в магнітострикційному перетворювачі 2 в акустичний та поширюється по двом звукопроводам 3. Для того, щоб забезпечити стійкість режиму біжучих хвиль (без шкідливих відбиттів), на кінцях звукопроводів закріплені акустичні поглиначі 4, На рис. 3.3.1, а верхній звукопровід являється опорним, а нижній використовується для вимірювання температури в об’єкті 9. Збір сигналі здійснюється двома мініатюрними пєзоперетворювачами 5, приклеєними до звукопроводу. Сигнали від пєзоперетворювачів підсилюються в підсилювачі 6 і подіються на фазометр 7, показники якого реєструються на індекаторі 8. Попередньо термометр регулюється таким чином, щоб відмінність фаз сигналів на виходах пєзоперетвоювачів була рівною нулю (це можливо здійснити регулюванням частоти сигналу генератора 1). При підвищенні температури в обєкті 9 швидкість поширення ультразвукових коливань в нижньому звукопроводі змінюється, що призводить до фазового зсуву між сигналами, читаючих з пєзоперетворювачів, який реєструється фазометром. Зсув фаз визначається співвідношенням

, (3.24)

де l – довжина нагрітої ділянки; - швидкість, відповідно, в холодній та нагрітій частинах звукопроводу.

На рис. 3.3.1,б зображений варіант виконання термометра з одним звукопроводом, який більш зручний для виконання вимірювального занурення (наприклад, у ванну з рідким металом). Робоча частота термометра 50 кГц

Рис. 3.3.1. Ультразвукові термометри, що використовують неперервні коливання

Термометри, що використовують неперервні коливання. Успішно можна застосовувати для вимірювання температури газових середовищ. В (68) описаний термометр, що позволяє вимірювати швидкозмінну температуру газового середовища, наприклад, в циліндрі поршневого двигуна (рис 3.3.1, в). Генератор 1 неперервних коливань стабільної частоти підключений до випромінювача 2. Прийом ультразвукового сигналу здійснюється приймачами 3 і 4, що розташовані відповідно перед і за об’єктом вимірювання 7. При різких коливаннях температури в об’єкті 7 частота сигналу, зчитую чого з приймача 4 за заданий проміжок часу, буде відрізнятись від частоти випромінюючого сигналу. Зміна частоти , викликана швидким нагрівом чи охолодженням об’єкту, можна оцінити із виразу

, (3.25)

де l – відстань між приймачами; υ – швидкість поширення ультразвукових хвиль в газі. Сигнали з приймачів 3 та 4 надходять на частотний детектор 5 і далі в пристрій обробки інформації 6. Такий термометр дозволяє виміряти температуру газу при швидкості зміни до десятків тисяч градусів в секунду.

На рис. 3.3.1, г, д зображено варіанти термометра, функціонуючого в режимі проходження (рис. 3.3.1, г) ат відображення (рис. 3.3.1, д), в якому відбуваються вимірювання фазового зсуву сигналів на двох зміщених відносно одне одного приймачів 3 і 4. Із зміною температури відбувається зсув фаз, які реєструються приймачем 5.

Відомий також так званий метод «миттєвого контакту» і спектрального аналізу. В першому випадку охолоджуючий перетворювач (п’єзо- або магнітострикційний) прижимається до об’єкту на короткий проміжок часу, достатній для випромінювання і прийому ультразвукового сигналу. За цей час не повинен відбутись перегрів перетворювача, який виведе його з роботи. Другий метод полягає в збудженні резонансних коливань в об’єкті коротким акустичним імпульсом з послідовним спектральним аналізом випромінюючого сигналу та вимірюванні резонансної частоти основної моди коливань.