способ измерения длины труб

Формула изобретения

Способ измерения длины труб с открытыми концами, основанный на измерении интервала времени прохождения акустического импульса по воздушной полости внутри трубы до конца трубы и обратно, отличающийся тем, что интервал времени фиксируют между пиком с максимальной амплитудой в первом эхо-импульсе и пиком с максимальной амплитудой, противоположной полярности в следующем эхо-импульсе.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения длины труб, в том числе при доступе только с одного конца.

Измерение длины труб механическими и электромеханическими способами требует много времени и доступа к обоим концам трубы, что не всегда возможно в реальных условиях.

Это ограничение снято в акустических способах измерения длины труб, базирующихся на измерении времени распространения акустического импульса, отраженного от конца трубы, и расчете длины трубы по измеренному времени и известной из справочных данных величине скорости звука в воздухе из соотношения S=V·t, где S - размер изделия, V - скорость распространения сигнала, t - время его распространения.

Приборы, реализующие описанный способ измерения длины труб, представлены в [1-3] (1. Лавров В.В. // Приборы и системы управления. - 1992 - №8; 2. Жиганов И.Ю., Скворцов Б.В., Синников С.Г. // Измерительная техника. - 2002. - №7; 3. Свидетельство на полезную модель №7442, G01В 17/00). Все эти приборы измеряют время t пробега акустического импульса по трубе в прямом и обратном направлениях, а длину трубы L рассчитывают по формуле L=V(T)· t/2, где V(T) - скорость звука при температуре Т, известная из справочных данных (например, эмпирическая зависимость V=20 , где Т - температура в К). Очевидно, от точности измерения t зависит и точность расчета длины трубы.

Способ измерения длины труб, использованный в [2], принят за прототип.

В [2] фиксируется интервал времени между посланным с одного конца трубы акустическим импульсом и отраженным от другого конца эхо-импульсом. Такой способ не обеспечивает достаточной точности измерения в связи с неоднозначностью определения момента вхождения переднего фронта эхо-импульса (изменение крутизны фронта и формы принятого эхо-импульса, возникновение переходных процессов при излучении импульса, связанных, в частности, с колебаниями корпуса излучателя), а также возможностью срабатывания приемника сигнала от помех.

Предложены различные способы определения положения переднего фронта импульса, например [4] (авторское свидетельство №600436), [5] (авторское свидетельство №567129). Однако они не снимают всех проблем, связанных с неоднозначностью определения момента вхождения переднего фронта импульса, а также возможностью ошибки вследствие приема сигнала от помех.

Для исключения указанных проблем предлагается способ измерения длины труб с открытыми концами, включающий измерение времени прохождения акустического импульса по воздушной полости внутри трубы в прямом и обратном направлениях, и определение длины трубы из соотношения L=V(T)· t/2, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений за счет устранения зависимости результата измерений от неоднозначности определения момента вхождения первого эхо-импульса, фиксируют интервал времени между пиком с максимальной амплитудой в первом эхо-импульсе от открытого конца трубы и пиком с максимальной амплитудой противоположной полярности в следующем эхо-импульсе.

На чертеже представлена запись акустического сигнала с двумя эхо-импульсами, снятого на трубе из стали 20 с внутренним диаметром 64 мм, длиной 356 см, и показана схема измерения промежутка времени t между двумя пиками с максимальной амплитудой в первом и втором эхо-импульсах. Эти импульсы противоположны по фазе, поскольку первый эхо-импульс, пришедший к приемнику сигнала, отражается от него с потерей полуволны (скачком фазы на 180°), как от среды с более высокой плотностью (А.И.Китайгородский. Введение в физику, Физматгиз, 1959, стр.123), а от открытого конца трубы эхо-импульсы отражаются без потери полуволны.

Предлагаемый способ полностью снимает все вопросы, связанные с неоднозначностью определения времени вхождения импульса, исключает возможность срабатывания приемника на другие импульсы, что возможно при фиксации эффекта по времени вступления переднего фронта принятого эхо-импульса.

Предлагаемый способ позволяет также существенно снизить нижнюю границу диапазона измеряемых длин труб. Так, в приборах УИДТ-2 и Питон (см. [3]) она составляет 6 м и 2 м соответственно. По предлагаемому способу нижняя граница диапазона не превышает 1 м при сохранении высокой точности измерения.

Пример. Предлагаемый способ измерения длины труб был опробован на трубах из стали 20 с внутренним диаметром 64 мм. Измерения проводили в помещении при температуре 26°С. Скорость звука V в воздухе при этой температуре равна 346 м/сек. Фиксировали временной интервал t между пиком с максимальной амплитудой в первом эхо-импульсе и пиком с максимальной амплитудой, но противоположной полярности в следующем эхо-импульсе. По измеренному t длину трубы L определяли по формуле L=V· t/2. Результаты измерений приведены в таблице.

Видно, что ошибка измерения не превышает 0,1%.

Следует отметить, что способ не применим к трубам с большими сквозными дефектами в стенках, поскольку от них могут возникать эхо-импульсы, фиксация которых исказит результаты измерения.