автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.04, диссертация на тему:Ультразвуковой многозонный измеритель температуры

Державний університет "Львівська політехніка" ЛІХНОВСЬКИЙ Ігор Степанович

РГО ОД

УДК 536.5:534-8

УЛЬТРАЗВУКОВИЙ багатозоннии ВИМІРЮВАЧ ТЕМПЕРАТУРИ

Спеціальність 05.11.04- прилади та методи вимірювання теплових величии

АВТОРЕФЕРАТ

ДИСЕРТАЦІЇ НА ЗДОБУТТЯ НАУКОВОГО СТУІІННЯ КАНДИДАТА ТЕХНІЧНИХ НАУК

ЛЬВІВ - 1997

Дисертацією є рукопис

Робота виконана у Державному університеті "Львівська політехніка" Міністерства освіти України.

Науковий керівник - доктор технічних наук, професо

заслужений винахідник України Стадннк Богдан Іванович.

ДУ “Львівська політехніка”, зав. ка “Інформаційно-вимірювальна техніка”

Офіційні опоненти :

1. Доктор технічних наук, професор,

Назаренко Леонід Андрійович. ДНВО “Метрологія”( м. Харків), зав.відділом.

2. Кандидат фізико-математичних наук, доцент,

Леновенко Анатолій Михайлович. Львівський державний університет ім. І. Франка, зав. лабораторією радіоелектронних приладів. Провідна організація - НВО АТ “Термоприлад”, відділення первинних перетворювачів, м.Львів.

Захист відбудеться "26’' вересня 1997р. о 14 год. в ауд.226 голови» корпусу на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 04.06.11 у Державне університеті "Львівська політехніка" (290646, Львів-13, вул.С.Бандери, 12).

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Державного університ "Львівська політехніка" (290013, Львів-13, вул.Професорська, 1).

Автореферат розісланий "2Р" ¿ТУ} \ 997р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н.

Луцик Я. Т.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

А ктуальпість проблеми. Ультразвукові методи займають провідне місце серед методів вимірювання та контролю у вимірювальній техніці. Це пов'язано з загальним прогресом акустики, як науки, розвитком фізики твердого тіла, мікроелектроніки і т.ін. Вже перші експериментальні зразки ультразвукових термометрів в процесі випробувань (Белл, Тасман, Ліїшвос та ін.) виявили низку переваг перед традиційними засобами вимірювання температури. До них можна віднести наступне:

-можливість використання елементів досліджуваного об'єкта в ролі давана;

-можливість створення на базі одного чутливого елемента багатозонного термометра для вимірювання аксиального розподілу температури;

-широкий вибір матеріалів для чутливих елементів, до яких входять окрім металів та їх сплавів - кераміка, металокераміка, гази і рідини.

Перспективи застосування ультразвукових термометрів наочно проявилися при їх випробовуваннях та експлуатації в реакторних енергетичних установках (Тасман, Європейська комісія з атомної енергії). Зокрема, в процесі експлуатації ультразвукового імпульсного термометра в умовах реакторного

О

випромінювання на протязі 2000 год. при температурі 2000 С спостерігалася зміна номінальної статичної характеристики (НСХ) на 1.5%, в той час, як НСХ термопар типу ВР(А) в тих самих умовах змістилися на 30%. Слід зазначити, що в багатьох випадках ультразвукові термометри за рахунок своїх переваг дозволяють проводити вимірювання температури об'єктів, сам доступ до яких традиційним засобам вимірювання є обмежений або навіть неможливий.

Необхідно взяти до уваги, що для керування технологічними процесами в енергетичних та промислових об’єктах недостатньо мати значення температури об’єкта в окремих точках, а необхідно володіти інформацією про розподіл температури в ньому. Проведені автором дослідження показали, що ультразвукові імпульсні термометри дозволяють успішно розв’язати цю задачу для об’єктів різного ступеня складності. Актуальність проблеми створення та застосування ультразвукових термометрів повязана також з проблемами енерго-та ресурсозбереження і пошуком альтернативи термоперетворювачам на основі металів платинової групи.

Загальний стан проблеми. Створення ультразвукових імпульсних термометрів для вимірювання розподілу середніх і високих температур -складне завдання , що вимагає залучення результатів останніх досліджень в галузі матеріалознавства, акустики, електроніки та приладобудування і на даному

етапі, до певного ступеня, гальмується недостатньою глибиною дослідженості питань, які стосуються теоретичних засад структурної побудови, проектування, технології виготовлення та метрологічного забезпечення таких приладів.

Мета роботи. Метою дисертаційної роботи є теоретичні і експериментальні дослідження та створення ультразвукового багатозонного імпульсного термометра з підвищеною швидкодією та автоматизованим процесом вимірювання.

Завдання досліджень. У відповідності до поставленої мети завданнями досліджень були:

-пошук оптимальних шляхів побудови багатозонних ультразвукових термометрів;

-експериментальні дослідження матеріалів з метою визначення перспектив їх використання в ультразвуковій термометрії;

-аналіз, синтез та оптимізація структурних схем імпульсних багатозонних ультразвукових термометрів;

-проведення теоретичних та експериментальних досліджень різних конструкцій чутливих елементів імпульсного ультразвукового багатозонного термометра;

-проведення теоретичних та експериментальних досліджень для оптимізанії конструкції електроакустичного перетворювача імпульсного ультразвукового термометра;

-розробка рекомендацій щодо процедури градуювання імпульсного ультразвукового термометра.

Методи досліджень. Для теоретичних узагальнень і лабораторних досліджень окремих складових ультразвукових багатозонних імпульсних термометрів, їх побудови і оптимізації використовувались теоретичні та експериментальні методи досліджень, що базуються на загальній теорії теплофізики, акустики та вимірювань, а також певних розділів теорії електромеханічних аналогій, радіотехнічних кіл та фізики твердого тіла.

Наукова новизна роботи.

1.Розроблено оптимізовану структуру термометра, яка дозволила підвищити його швидкодію і повністю автоматизувати процес вимірювання.

2.0держано температурні залежності пружно-в’язких властивостей матеріалів (вольфрам, молібден, сплави на їх основі, нержавіюча сталь ХН45Ю), які можуть використовуватися для виготовлення чутливих елементів імпульсних термометрів.

3.Запропоновано методику розрахунку багатозонного чутливого елемента.

з

4.Розроблено та експериментально підтверджено методику градуювання багато-зонних імпульсних термометрів.

Достовірність результатів. Достовірність наукових результатів підтверджується співпадінням результатів теоретичних викладок та математичного моделювання з результатами експериментальних досліджень створених дослідних зразків імпульсних багатозонних термометрів.

Практична цінність роботи:

-розроблена і апробована математична модель формування ехосигналів, що дозволяє створювати чутливі елементи з прогнозованими характеристиками;

-сформульовано рекомендації щодо практичної рсаіізації спеціалізованих маг нітострикційних перетворювачів для імпульсних термометрів;

-розроблено конструкції багатозонних чутливих елементів термометра;

-створено конструкції та експериментальні зразки багатозонних ультразвукових імпульсних термометрів для вимірювання аксиального розподілу температури.

Реалізація роботи. На основі отриманих теоретичних та експериментальних результатів створені експериментальні зразки багатозонних ультразвукових імпульсних термометрів, які пройшли випробовування в лабораторних та промислових умовах. Зокрема, при безпосередній участі автора були сконструйовані експериментальні зразки імпульсних термометрів з 5-тизонним чутливим елементом, які пройшли успішні випробування в АТ ■‘Електротермометрія”(м.Луцьк) та на Дніпровському металургійному комбінаті (м. Дніпродзержинськ). Один експериментальний зразок термометра переданий АТ ‘‘Едсктротермометрія” для подальших випробувань.

Теоретичні результати і практичні рекомендації роботи використовувались і використовуються в ІІДР та ДЬСР Державного університету "Львівська політехніка", НВО "Термоприлад" (м.Львів) та АТ "Електротермометрія" при створенні перспективних перетворювачів середніх та високих температур.

Особистий внесок автора. Основна частина теоретичних та експериментальних досліджень, розробка схемних рішень вторинного приладу термометра виконані автором самостійно. Аналіз результатів окремих досліджень проведено в співавторстві згідно наведеного списку літератури.

Апробація роботи. Основні положення роботи доповідались на 4 міжнародних, на 5 всесоюзних та республіканських науково-технічних конференціях і симпозіумах.

Публікації. За результатами виконаних досліджень опубліковано 26 робіт,

із них 5 авторських свідоцтв на винаходи.

Структура роботи. Дисертаційна робота викладена на 143 сторінках основного друкованого тексту, містить 72 рисунки та 6 таблиць і складається з вступу, чотирьох розділів, висновків, літератури з 77 найменувань та додатків на 16 сторінках.

ЗМІСТ РОБОТИ

У вступній частині зазначена актуальність проведених досліджень, сформульована мета і показані наукова новизна та практичні результати, отримані в роботі.

В першому розділі зроблено аналітичний огляд існуючих засобів вимірювання розподілу температури. Зокрема, аналітично розглянуті традиційні методи вимірювання розподілу температури за допомогою терморезисторів та термопар, а також перспективи, переваги та недоліки ультразвукових резонансних та імпульсних методів.

На основі огляду методів вимірювання розподілу високих температур та відомих варіантів їх практичної реалізації зроблений висновок, що ультразвуковий імпульсний метод, в якому застосовується чутливий елемент у вигляді стрижня з штучно зформованими елементами відбивання сигналу, на сучасному етапі є найбільш перспективним напрямком у вирішенні проблеми вимірювання розподілу температур. Чутливий елемент імпульсного термометра має порівняно просту конструкцію і в той же час дає можливість контролювати чи вимірювати температуру (або її усереднене значення) в багатьох точках вздовж осі досліджуваного об'єкту. Згаданий імпульсний термометр має широкі можливості щодо вибору матеріалу для виготовлення чутливого елементу (метали, кераміка, склоподібні матеріали та ін.) і, як наслідок, може застосовуватися в об’єктах з особливо складними умовами експлуатації (хімічно агресивне середовище, наявність іонізуючого випромінювання, електромагнітного поля).

У другому розділі розглядаються фізичні основи та проблеми практичної реалізації ультразвукового імпульсного методу вимірювання температури та її розподілу. Виконано теоретичний аналіз з використанням математичного моделювання конструкції первинного багатозонного перетворювача та представлено результати експериментів на підтвердження теоретичних висновків.

Для створення ультразвукових коливань та їх реєстрації рекомендовано застосовувати магнітострикційні електроакустичні перетворювачі, які

забезпечують перетворення електричних сигналів в акустичні і навпаки до частот 200 кГц. Резонансна частота сердечників магнітострикційного перетворювача у вигляді стрижнів постійного перерізу визначалася за п

формулою: г „ - ——— -V де п- номер гармоніки, Іе- ефективна довжина

збуджуючої котушки, V - швидкість поширення звуку в матеріалі осердя. Оскільки розраховане і реальне значення резонансної частот Р„ переважно відрізняються за рахунок різниці між ефективною довжиною котушки Іе (яку при розрахунку приймають рівною фізичній довжині), та її ефективною довжиною, передбачено каркас збуджуючої котушки охоплювати магнітним екраном. Для зменшення втрат через струми Фуко осердя перетворювачів доцільно виконувати з тонких стрічок, пластин або трубок, попередньо покритих електроізоляційним матеріалом. При використанні нікелю таким матеріалом може бути плівка оксиду нікелю, яка отримується з допомогою термічної обробки: нагріву у вакуумі при ¡000°С з наступним нагрівом на повітрі при 700°С протягом 20-30 хвилин. Запропоновано і досліджено варіант виготовлення магнітострикційного осердя з тонкої термічно обробленої нікелевої фольги, яка скручена в спіраль. Таке виконання дозволило підняти точність вимірювання температури за рахунок збільшення і стабілізації коефіцієнта відношення сигнал/шум і зменшення впливу вихрових струмів. Крім того, така конструкція спростила узгодження акустичних імпедансів перетворювача і акустичної лінії зв’язку за рахунок можливості задавати еквівалентний переріз перетворювача шляхом зміни числа витків спіралі.

Досліджено вплив форми та амплітуди зондуючого сигналу на точность вимірювання температури імпульсним термометром. З врахуванням того, що акустичний сигнал поширюється вздовж ■ осі магнітострикційного осердя в обидві сторони, а магнітострикційний перетворювач в більшості випадків навантажений лінією зв’язку з однієї сторони, в роботі проаналізована загальна картина формування зондуючого сигналу. Аналіз та математичне моделювання дозволило зробити висновок, що найкращий результат при формуванні зондуючого сигналу можна отримати при реалізації магнітострикційного електроакустичного перетворювача при відсутності навантаження на вільному кінці осердя за варіантом, де довжина котушки збудження становить 75-80% від довжини осердя, а сама котушка розташована симетрично відносно середини магнітострикційного осердя.

Ультразвуковий багатозонний імпульсний термометр працює переважно в режимі відбивання і вимірює часовий інтервал г між парою відбитих сигналів

від ночатку та кінця вибраної вимірювальної зони т

де

у -1 р - швидкість поширення акустичних коливань в матеріалі, І - довжина

вимірювальної зони, Е-модуль Юнга, р- питома густина. При проведенні теоретичних розрахунків становище до певної міри ускладнюється тим, що на даний час немає загальних співвідношень, які би в явній формі зв’язували значення температури, констант пружності та швидкості поширення ультразвукових хвиль. Тому реальним виходом з цього с індивідуальне експериментальне дослідження залежності “час-температура” для конкретного матеріалу, який вбачається переспективним для виготовлення чутливого елементу.

В роботі розглядалися чутливі елементи, які виготовляються з порівняно топкого стрижня, а елементи відбивання формуються механічною обробкою у вигляді отворів, згинів, фрезерованих або проточених надрізів та потовщень (рис.1). На підставі попереднього аналізу рекомендовано застосовувати поздовжні хвилі та вузли відбивання, які виконані у вигляді вирізаних сегментів (рис.1,д).

чутливим елемент

Рис.І. Варіанти виконання чутливих елементів ультразвукових імпульсних

термометрів

Такий варіант найбільш просто реалізується, враховуючи особливості технології виготовлення елементів з надтвердих матеріалів. При розрахунках параметрів елементів відбивання застосовувалися співвідношення для

коефіцієнтів відбивання г та проходження ? акустичного сигналу г —

£ - 1 Є + 1 ’

= 1 + г

де с=рр2$2/рр$і -відношення акустичних імпедансів

є + 1

елемента підбивання та стрижня.

Проаналізовано формування, проходження та відбивання акустичного сигналу від елементів відбивання багатозонного чутливого елемента за умови рівності амплітуд, а також за умови рівності коефіцієнтів відбивання при наявності імпульсів багатократного відбивання. В результаті встановлено, що для зменшення впливу імпульсів багатократних відбивань значення коефіцієнту відбивання ґ слід вибирати в межах 0.08<г<0.13. Тоді для визначення амплітуди робочих ехосигналів для будь-якої кількості елементів відбивання і за умови рівності всіх коефіцієнтів відбивання, можна застосувати вираз:

р,(0

Рис.2. Відбивання та проходження сигналу на елементі відбивання.

,2„ + З,«,-».

" 2 ’ а для останнього ехосигнапу відбитого від торця чутливого елемента:

Л = _/2'” + т

де індекс т відноситься до останнього ехосигналу.

Математичне моделювання процесу проходження та відбивання акустичного сигналу на елементі відбивання дало можливість дослідити вплив геометричних розмірів останнього на форму і амплітуду ехосигналу. З врахуванням виразів для коефіцієнтів відбивання г та проходження / на границях елементу відбивання, а також співвідношень для г2=-г/ та і2=1-г, можна записати вирази для сигналів, що пройшли р,(г) та відбилися рг(і) (рис.2):

р/0=г,Х(0-г,(1-г,2)Х(І-5)-г/(1-г,2)Х((-25)

(1-П3)Х(І)+ п’О-гІЇХМ+гҐП-гІЇХ^і) де Х(,і)- падаючий на елемент відбивання акустичний сигнал, х -2/Уу -час подвійного проходження сигналу в елементі відбивання. З врахуванням того , що глО. 1, в останніх виразах можна знехтувати членами, які містять г, в третій

і вищих степенях.

Результати математичного моделювання для багатозонного чутливого елемента та реальні ехосигнали представлені на рис.З.

в)

Рис.З .Реальні ехосигнали (а) та ехосигнали, отримані в результаті моделювання (б).

За допомогою використаної автором процедури моделювання можна оцінити вплив на параметри ехосигналів зміни частоти зондуючого сигналу, швидкості поширення, якості з’єднання акустичної лінії зв’язку з магн ітострикційним перетворювачем.

Зокрема, досліджена залежність амплітуди ехосигналів від довжини елементу відбивання при різних коефіцієнтах відбивання г (рис.4). Результати цих досліджень дають можливість при виготовленні багатозонних чутливих елементів коректувати амплітуду відповідних робочих ехосигналів зміною довжини елемента відбивання.

А(В) оз ................ , - , . - „гї

0 25 ^----------- —і - ; ■“

Рис.4. Залежність амплітуди ехосигналу від співвідношення довжини елементу відбивання до довжини хвилі зондуючого сигналу.

Передача акустичного сигналу від перетворювача до чутливого елемента здійснюється за допомогою акустичної лінії зв’язку, яка повинна забезпечувати мінімальне спотворення та мінімальне згасання акустичного сигналу на всій її довжині, а також узгоджений акустичний імпеданс з перетворювачем. Для передачі сигналів з мінімальними спотвореннями необхідно звести до мінімуму вплив бокової поверхні акустичної лінії зв’язку на розподіл ультразвукових хвиль, який веде до дисперсії швидкості звуку. Неспотворена передача акустичного сигналу по довгій лінії зв’язку реально забезпечується при виконанні умови для ігоздовжних коливань сі < 0.2 Я де - діаметр лінії зв’язку, Л - довжина акустичної хвилі.

В роботі запропоновано метод оцінки узгодження акустичної лінії зв’язку з магнітострикційним перетворювачем за результатами аналізу форми останнього ехосигналу, відбитого від торця чутливого елементу (рис.3,а), а також розглянутий вплив коефіцієнта згасання (рис.5) на параметри ехоенгиалів.

Л(В) 3.5 З

2.5

2

1.5 І

0.5 0

0 12 3 4 5

Рис.5. Залежність амплітуди акустичного сигналу від довжини акустичної

лінії зв’язку

В третьому розділі запропоновано конкретні схемні рішення ультразвукового імпульсного багатозонного термометра. Проведений детальний аналіз приймально-передавального тракту з позицій забезпечення мінімальних спотворень форми ехо-сигналів та досягнення оптимального співвідношення сигнал/шум. Представлено експериментальні результати дослідження впливу індуктивностей зондуючої та приймальної котушок на зазначені фактори. Для мінімізації впливу з’єднувального кабелю між перетворювачем і вторинним приладом передбачено генератор зондуючих сигналів та підсилювач електричних схосигналів конструктивно розташовувати безпосередньо біля магнітострикційного перетворювача.

Враховуючи, що процес опрацювання інформаційного сигналу в ультразвуковому імпульсному багатозонному термометрі є складною

процедурою і містить велику кількість операцій, в основу структурної схеми покладено використання мікропроцесора. Це дозволило, на відміну від відомих експериментальних зразків імпульсних термометрів, провести ' повну автоматизацію процесу вимірювання, а саме таких основних режимів: -початкового пошуку ехосигналів;

-вимірювання часових інтервалів;

-автокорекції розташування етроб-імпульсів;

-виводу інформації.

Структурна схема імпульсного багатозонного термометра наведена на рис.6. Вона реалізує два основних етапи роботи. Перший -це пошук робочих ехосигналів та визначення кодів затримки появи строб-імпульсів відносно

зондуючого сигналу. Другий - це вимірювання міжімпульсних часових інтервалів, корекція строб-імиульсів відносно позицій ехосигпалів, обробка отриманої інформації та виведення результатів вимірювань па індикатори.

Для вирішення питань щодо повної автоматизації приладу були розроблені схемні рішення формувача напруги підтипу та автокорекції стробів. В запропонованому в роботі формувачі напруги відтину опорна напруга для компаратора 1 (рис.6) формується з аналогової послідовності ехосигналів, а це дозволяє, на відміну від відомих схем з постійною чи пропорційною напругою відтину, проводити селекцію робочих ехосигналів в широкому динамічному діапазоні змін амплітуди, і, як наслідок, працювати з довгими акустичними лініями зв’язку та підняти верхню границю діапазону вимірюваних температур. Детально пророблені питання по зменшенню похибки вимірювання часових інтервалів та підвищення швидкодії приладу. Зокрема, для зменшення похибки вимірювання за рахунок напруги відтину було запропоновано формувати міжімпульспий часовий інтервал в моменти переходу ехосигналу через нуль (компаратор 2), а для підвищення швидкодії - ввести в схему два лічильники, які працюють почергово. Застосування двох лічильників дозволило знімати інформацію з усіх вимірювальних зон чутливого елемента за один цикл зондування. Для усунення розбіжності результатів при вимірюваннях температури в різних зонах, що викликана залежністю значення початкового інтервалу від їх довжини передбачено формувати таблиці переводу “час-тсмпература” на основі відносних одиниць Г/Дд- де тц -базове значення міжімпульспого часового інтервалу при заданій температурі, тх -виміряне значення часового інтервалу при температурі Тх. Такий підхід усунув складову похибки, зумовлену залежністю результатів вимірювання від неідентичності довжин вимірювальних зон.

У відповідності до структурної схеми (рис.6) та запропонованого алгоритму її роботи були створені експериментальні зразки багатозоиних імпульсних термометрів, які характеризуються наступними параметрами:

діапазон вимірюваних температур, вС 500-2500

кількість зон, в яких вимірюється температура 5

макс. абсолютна похибка вимірювання, "С <15

довжина однієї зони, мм 50-150

довжина акустичної лінії зв’язку, м 1-5

макс. довжина електричного з’єднувального кабелю, м 15

виконання стаціонарне

живлення 220 V; 50 Нг

З допомогою створеного приладу були проведені експериментальні дослідження температурної залежності пружних характеристик таких матеріалів, як молібден, нержавіюча сталь, вольфрам, сплави вольфраму з 2% оксиду торію і ВР-20.

В четвертому розділі проведені структуризація та детальний аналіз чинників, які впливають на похибку вимірювання, представлені основні співвідношення для розрахунку складових похибки вимірювання, показані шляхи їх зменшення.

Співвідношення для розрахунку похибки було отримано із наближеного виразу т = га - — і п , де Г„, /„ - початкові значення температури і

С І о

часового інтервалу, с -сума температурних коефіцієнтів розширення і модуля

пружності. Вираз для відносної похибки був отриманий у вигляді

АТ 9 ‘

«У +

де 6„ 8,„ -похибки вимірювання відповідних часових інтервалів, 8ой -похибка обчислення Т. Наприклад, для вольфрамового чутливого елемента 5р4.9-Ш 2+3]57.5-10'3, де 5-складова, обумовлена впливом завад.

Також була промодельована ситуація, при якій чутливий елемент встановлений в каналі і обтікається газовим потоком. Ця задача була вирішена у вигляді програми, в якій передбачене застосування таких матеріалів, як вольфрам, молібден, нержавіюча сталь ХН45Ю. ,

Сформульовані методичні рекомендації щодо реалізації процедури перевірки багатозонних імпульсних термометрів. Зокрема, при температурах вищих за 900°С для чутливого елемента із електропровідних матеріалів рекомендовано проводити нагрів останнього струмом, а температуру нагрітої ділянки контролювати зразковим пірометром типу ЗОП-66 (або аналогічним). Оскільки імпульсний термометр визначає інтегральну температуру вздовж вимірювальної зони, то для зменшення методичної похибки запропоновано сканувати пірометром всю контрольовану ділянку, а результати вимірювань усереднювати.

ВИСНОВКИ

1.Показано, що ультразвуковий імпульсний метод, в якому застосовується чутливий елемент у вигляді стрижня з штучно сформованими елементами відбивання, є перспективним для створення багатозонних термометрів для складних умов експлуатації.

2.Для забезпечення необхідної інтенсивності акустичного сигналу та

узгодженості акустичних імпедансів між перетворювачем та лінією зв’язку ¡апропоновано застосовувати магнітострикційні перетворювачі з осердям, зиготовленим у формі спіралі.

3.Математично промодельовані характеристики зондуючого акустичного ¡игналу електроакустичного перетворювача, що дозволило детермінувати його (арактеристики та мінімізувати вплив паразитних параметрів каналу іеретворення на точність вимірювання температури.

4.3 метою оптимізації конструкції багатозонного стрижневого чутливого лемепта рекомендовано елементи відбивання виконувати у формі вирізаних :егмеитів.

5.3а результатами імітаційного моделювання процесу відбивання кустичного сигналу від границь зон чутливого елемента встановлено іптимальні межі діапазону значень коефіцієнта відбивання, що зменшило вплив свербераційних імпульсів на точність вимірювання температури.

6.На основі аналізу та синтезу схем імпульсних багатозонних термометрів «зроблено структуру приладу, яка забезпечує повну автоматизацію процесу имірговання, підвищення його швидкодії та завадостійкості.

7. Виконані комплексні експериментальні дослідження матеріалів, ерспективних для виготовлення чутливих елементів імпульсних термометрів.

8.На підставі аналізу чинників, що впливають на точність вимірювання, а з врахуванням особливостей ультразвукових імпульсних багатозонних грмометрів запропоновані методики їх градуювання та перевірки.

Результати дисертаційної роботи висвітлені у 26 наукових

працях, основними з яких є:

ІЛуцик Я.Т., Лозбин ВИ., Лихновский И.С. Особенности применения акустических рмомегров для измереї шя температуры газовь їх потокові Км прали іо-измсріпили іая техт шка-)86 - Вып.40.-С.54-57.

2Лихиовский И.С., ЛуцикЯТ., Чех Р.И. Ультразвуковые имлульсньетонкопропапочньїе рмомспры для высокотемпературных измереї ти//Контртьно-измертлельная техника- 1988.,111.43.-045-50.

ЗЛихіювский И.С, Луцик Я.Т., Левчук Н.Ю., Сішярчук П.Г. Мнопазонные істітіпьиьіе элемент импульсных ультразвукових ■гермомеїров'У Коїпрольно-мфіггилитая техника-1988.- Вып.44.-С.77-80.

4Лихтювский И.С., Луцик Я.Т, Левчук Н.ІО. Использование крутильных колебаний в ырозвуковых импульсных термометрах// КЬшролыю-измерительная техника- 1990 - Вып.48.-74-80.

5Ліхновський І.С., Лувдк Я.Т., Герега Т.В. Формування чутливих елсмеїггів імпульспих акустичних термомеїрів'/ Вісник ЛПІ “Технічні засоби автематизації вимірів та керування

і юуковими доаііджеі пшми”.- 1992 - №267 - С.70-73.

бЛихіювский И.С., Лупик Я.Т., J Icii гук НЮ. Устройство ввода-вьшода цифровой информации ультразвукового измерительного комплекса// Веспшк Львовского политехи. ин-та "Технические средства автоматизации измерений и управления научными иследоваииями”.-1990.- №248.-С.56-58.

7Лущик Я.Т., Дорожовец М.М., Лихновский И.С. Погрешности импульсных ультразвуковых термометров^ Измершелы ш тем іика-1992- №6.- С.37-38.

8Луцик Я.Т., Ліхновський І.С. Чутливі елементи одно- та багатотонних імпульсних тсрмомефівУ Коїпролиіо-вимірювальна техніка-1993.-№50- С.59-63.

9Ліхновський І.С., Луцик Я.Т. Авгаматичішй пошук ехосипіалів ультразвукового імпульсного термометра //Вісник ДУ ’Львівська полпехніка”, “Автоматика, вимірювання та керуваї н ія 1995.-№292.- С.48-50.

ЮЛуцик Я.Т., Дорсгжовець М.М., Ліхновський І.С. Похибки ультразвукових резонансних Tepr.!»^inyB№/,ipoiaTJiaTeMiii<aiMS5ponoPA-1995.-N251.-C24-27.

П.Сщдцик Б. Ліхновський І., Виміровання розподілу тешертури баппшоппим ультразвуковим імпульсним термометромУПраці 1-th International modelling school.- Krym Autum’%.- Alushta- Ukraine-1996 - C.89.

12.Lutsyk Ja, Levchuk M., Lichnovskiy I., Stadnyk B. Microprocessor ultrasonic complex for temperature measurement// IMECO Simposium on Microprocessors in temperature and thermal measuiement- Lodz(Poland).- 1989.-P.169-175.

13.A.C. 1343341 СССР, МКИ G01k29/00. Устройство дня определения тшнершурной зависимости модуля упругости мaтepиaтoQ, Я.ТЛуцик, РТІ.Чех, ИСЛихновский, В.П.Мотало, В.В.ПаракудаУ Оікрьгтия. Изобретения. 1987. №37.

14Ас. 1538063 СССР, МКИ GOlkll/24. Ультразвуковой преобразователь температуры1 Я.ТЛуцик, Б.И.Гиль, І І.Р.Гамула. И.СЛихновский // Открытия. Изобретения. 1990. №3.

15Ас. 1397751 СССР, МКИ G01kll/24. Ультразвуковой измеритель температуры' БИ.Стаднык, Я.ТЛуцик, И.СЛихновский, Р.И.Чех, М.П.Ковальская// Опфьпця. Изобретения. 1988. №19.

16.А.С. 1566231 СССР, МКИ GOlkll/24. Ультразвуковой термометр/ Я.ТЛуцик, Н.ЮЛевчук, И.СЛихновский, Б.И.Стад) іикУ Открытия. Изобретения. 1990. №19.

17А.С. 1652899 СССР, МКИ G01k29/00. Устройство дня определения темпершурней зависимости модуля упругости материалов Н.ЮЛевчук, ИСЛихновский, Я.ТЛуцик, Б.И.Стаднык//Оікрьгтия. Изобретения 1991. №20.

18Лихновский И.С., Левчук Н.Ю. Прибор для измерения модуля упругости образцов малых размеров/Лез. докл. Всесоюз. совещания молодых ученых и специалистов. “Проблемы

чувств лены юсш тюаршпых и электромеханических систем”.- Москва-1987.- С.202

ШІуцик Я.Т., Лихновский И.С., Волкоп ЕН. Принципы построения передшацгго успройспза ультразвукового импульсного термометра/Лез. докл. VI Всшжв. кшф. Электрические методы и средаш измерения темпертуры ‘Элекгратсрмомегрия-88”.- Ч.2.-Луцс- 1988.-С.264.

20Лихнопский И.С., Лушк Я.Т., I Ian км В.И., Бешщкий С.С. Ультразвуковые 'іермопреобраюваюти для высокотемпературных пзмерапійУГез. докл. VI Всеоаоз. конф. Электрические методы и средства измсреї іия темпералуры ‘Злсюрііт^іомсіріія-88''.-ч.2.-Л)іц(.-І988.-С.263.

21 Лихновский И.С., ЛуцикЯТ.,ЛевчукН.Ю., НаливаевВ.И.. Оообеїшосіишіатша эхо-сип илов ультразвукового импульсного термомегра/Яез. докл. VI Всегаоз. юнф. Электрические методы и средства измерения температуры ‘ “Электрапфмо*. істрі ія-88' ’.-ч.2.-Л}т ис.-1988,- С.262.

22Левчук Н.Ю, Лихновский И.С., Луцик Я.Т., Консгаїггинов B.C. Расширение птможі юсгсй ультршв>копых лєрмомеїроа/Лез. докл. VI Всеоааз. кої іф. Электрические методы и средсіта измерения тсмпераіурьі‘Злекгротермомегрия-88”.-ч2.-Л}'цк.- 1988.-С.259.

Ліміовський І.С. Ультразвуковий багатозоншш вимірювач температури. -Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.11.04-припади та методи вішірювання теплових величип.-Цержсівнийуніверситет "Львівська політехніка", Львів, 1997.

Захищається 26 робіт, в тому числі 5 авторських свідоцтв, що містять теоретичні і практичні дослідження з розробки ультразвукових багатозоіших імпульсних термометрів. Наведені результати математичного моделювання процесів формування акустичного сигналу в магнітострикційному перетворювачі і його проходження в чутливому елементі. Викладена методика розрахунку високотемпературного вузла термометра, а також дані рекомендації по оптимізації конструкції і вибору матеріалів. Розроблені схемні рішення вторинного приладу, що дозволило створити модифікації багатозоіших імпульсних термометрів. Виконаний аналіз складових похибки вимірювання і вказані шляхи їх зменшення. Сформульовані рекомендації щодо градуювання ультразвукових багатозоіших імпульсних термометрів.

Ключові слова: температура, вимірювання, ультразвук, акустичний,

загатозонний імпульсний термометр, математичне моделювання.

Лихновский И.С. Ультразвуковой многозонный измеритель температуры.

Диссертация в виде рукописи на соискание ученой степени кандидата пехнических наук по специальности 05.11.04-приборы и методы измерения

тепловых величин, Государственный университет "Львівська політехніка", Львов, 1997.

Защищается 26 работ, в том числе 5 авторских свидетельств, которые содержат теоретические и практические исследования по разработке ультразвуковых многозонных импульсных термометров. Представлены результаты математического моделирования процессов формирования акустического сигнала в магнитострикционном преобразователе и его прохождения в чувствительном элементе. Изложена методика расчета высокотемпературного узла термометра, а также даны рекомендации по оптимизации конструкции и выбору материалов. Разработаны схемные решения вторичного прибора, на основе которых были созданы модификации многозонных импульсных термометров. Выполнен анализ составляющих погрешности измерения и показаны пути их уменьшения, а также сформулированы рекомендации по поверке ультразвуковых многозонных импульсных термометров.

Ключовые слова: температура, измерение, ультразвук, акустический,

многозонный импульсный термометр, математическое моделирование.

Likhnovskij I.S. Ultrasonics multizones measuring themperature.

Dissertation as manuskript for obtaining of the science degree competition , speciality 05.11.04-Devices and methods for measuring thermal values, State University "Lviv Polytechnic”, Lviv, 1997.

26 papers that includes 5 patents are defencing. This papers contain the results of theoretical and experimental research work that is concerned in the multizone ultrasonic pulse thermometer developing. The forming of acoustical signal by magnetostrictical transduser and the spreading of ultrasonic pulse though the sensor were simulated. There are recomendation for the high temperature sencor calculation and design. The algorythms and devices for signal processing are developed. The sources of errors and ways of their decreasing are shoun. The systematical instruction for metrological testing of ultrasonic pulse thermometers are presented.

Key words', temperature, measuring, ultrasound, acoustic, multizone pulse thermometer, mathematical modeling.

Підписано до друку 28.07.97 Формат 60*84/16. Друк офсетний. Папір офсетний. Обсяг 1 ум. др. арк. Зам. №97/8-14 Тир. 100 прим.

Друк ТзОВ «Простір М»