СПОСОБ КОНТРОЛЯ УРОВНЯ СРЕД В РЕЗЕРВУАРЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 1995 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может применяться при автоматизации технологических процессов, в которых необходимо слежение за уровнем погружения в воду массы твердого вещества. Например, слежение за уровнем погружения в воду массы крошки синтетического каучука в виде пульпы, поступающей с целью промывки крошки и последующего выделения ее из воды и сушки.

Известны способ и устройство контроля уровня сред [1] где в стенке резервуара возбуждают колебания, принимают эти колебания выше места возбуждения и сравнивают с дополнительными колебаниями, прошедшими через резервуар. По разности амплитуд этих сигналов определяют вид среды воздух, жидкость или жидкость с твердой фазой.

Недостатком указанных способа и устройства является то, что результат измерений не зависит от плотности среды, т.е. можно только классифицировать наличие той или иной среды в пределах дозировочной емкости.

Наиболее близким техническим решением является способ, реализованный в [2] Здесь используется отраженный от противоположной стенки резервуара сигнал, который индицируется в расчетный момент времени.

Устройство [2] содержит приемно-передающий преобразователь, установленный на внешней стенке резервуара, усилитель, вход которого подключен к преобразователю и к выходу генератора, управляющий вход которого подключен к первому выходу таймера, а второй и третий выход таймера управляют соответственно первым и вторым временным селекторами, при этом селектор входом подключен к выходу усилителя, а выходом к R-входу вспомогательного триггера и S-входу основного триггера, S-вход вспомогательного триггера соединен с первым выходом таймера, а выход вспомогательного триггера через второй временной селектор соединен с R-входом основного триггера, выход которого подключен к системе индикации.

На первом выходе таймера формируются импульсы синхронизации, запускающие генератор ударного возбуждения.

Сигнал с выхода приемно-передающего преобразователя усиливается усилителем. Достижение жидкостью заданного уровня определяется появлением отраженного от противоположной стенки резервуара импульса в расчетной зоне контроля. Этот импульс вместе с импульсами зондирования и реверберации поступает на первый временной селектор, управляемый в расчетный момент времени строб-импульсами от таймера. В результате импульсы первого отражения, пройдя временной селектор, сбрасывают вспомогательный триггер, предварительно установленный импульсами синхронизации, и одновременно взводят основной триггер, на выходе которого появляется уровень индикации.

В случае, когда уровень жидкости опускается ниже заданной точки, ультразвуковые импульсы не достигают противоположной стенки. При этом отсутствуют импульсы, сбрасывающие вспомогательный триггер и устанавливающий основной. В результате на вход второго селектора поступает положительный уровень от вспомогательного триггера и импульсы с третьего выхода таймера, пройдя через второй селектор, опрокидывают основной триггер, на выходе которого оказывается нулевой уровень, соответствующий снижению контролируемого уровня жидкости ниже заданной точки.

Недостатком прототипа является невозможность его использования в качестве не только сигнализатора, но и измерителя уровня. Кроме того, он позволяет фиксировать только один вид среды жидкость.

В целом ряде технологических процессов требуется фиксировать изменение уровня твердого вещества в жидкости (например, уровень крошки каучука в воде) в пределах значительного участка (несколько метров) вдоль стенки резервуара. Это и обеспечивает предлагаемое изобретение.

Указанный технический результат достигается в предлагаемом способе тем, что в известном способе, заключающемся в том, что в стенке резервуаре возбуждают колебания, принимают отраженные от противоположной стенки сигнала и фиксируют их в расчетный момент времени, используют несколько пьезопреобразователей, установленных вдоль стенки резервуара, при этом излучение осуществляют с помощью генератора ультразвуковой частоты через нижний преобразователь, установленный на нижней границе измеряемого уровня, а прием осуществляют n преобразователями, включая и нижний, отключаемыми последовательно после каждого очередного зондирующего импульса к общему приемному устройству. Выходной сигнал фиксируют как сумму аналоговых сигналов от всех преобразователей. Одновременно аналоговый сигнал от каждого преобразователя сравнивается со своим пороговым уровнем, тем самым фиксируют дискретные уровни погружения вещества заданной плотности. Для снижения влияния помеховых сигналов, пришедших по стенке, используют стробирование только после многократного отражения от противоположных стенок, так как такой сигнал попадает в приемник значительно позже, чем пришедший по стенке резервуара.

Указанный технический результат достигается в предлагаемом устройстве тем, что в устройство, содержащее приемно-передающий преобразователь и подключенный к нему генератор, усилитель, вход которого связан с приемно-передающим преобразователем, а выход подключен к временному селектору, таймер, первый выход которого подключен к управляющему входу генератора для обеспечения его модуляции, а второй выход подключен к управляющему входу временного селектора, введены n-1 приемных преобразователей, входной и выходной мультиплексоры, амплитудный и n пиковых детекторов, n компараторов, сумматор, индикатор уровня, n индикаторов дискретных значений уровня и n источников опорного напряжения, причем n-1 приемных преобразователей вместе с приемно-передающим преобразователем подключены через входной мультиплексор ко входу усилителя, а выход временного селектора через амплитудный детектор подсоединен к выходному мультиплексору, n выходов которого через пиковые детекторы подключены к сумматору, который подключен к индикатору уровня, одновременно выходы пиковых детекторов соединены с сигнальными входами компараторов, опорные входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а выходы компараторов подведены к индикаторам дискретных значений уровней, при этом для управления мультиплексорами используют к дополнительных выходов таймера (2^к-n), а в качестве генератора применен генератор ультразвуковой частоты.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 эпюры, поясняющие работу устройства и предлагаемый способ.

Устройство содержит n пьезопреобразователей 1 (из них нижний приемно-передающий, остальные приемные), генератор 2 ультразвуковой частоты, входной мультиплексор 3, усилитель 4, временной селектор 5, амплитудный детектор 6, выходной мультиплексор 7, пиковые детекторы 8, сумматор 9, компараторы 10, источники опорных напряжений 11, индикаторы дискретных значений уровней 12, индикатор уровня 13, таймер 14.

На фиг. 2, а представлены модулирующие импульсы таймера, 2,б зондирующий, помеховые и отраженные импульсы на выходе входного мультиплексора, 2,в стробирующие импульсы на выходе таймера, 2,г сигнал на выходе амплитудного детектора, 2,д,е,ж сигнал на выходе пиковых детекторов.

Устройство работает следующим образом.

На первом выходе таймера 14 формируются импульсы (фиг. 2,а), которыми модулируется генератор 2 ультразвуковой частоты. В результате первый пьезопреобразователь излучает через стенку в резервуар ультразвуковые колебания, которые проходят через среду, отражаются от противоположной стенки и попадают как на первый, так и на остальные n-1 преобразователей 1, подключенных к входному мультиплексору 3. На выходе мультиплексора 3 наряду с полезным (отраженным от противоположной стенки) сигналом будут находиться и помеховые (пришедшие по стенке) см. фиг. 2,б. Кроме того, по каналу первого пьезопреобразователя на выход мультиплексора 3 проникает и сам зондирующий сигнал (фиг. 2,б). Входной мультиплексор 3 управляется кодированным сигналом, поступающим параллельным двоичным кодом с к выходов таймера 14 (2^к n) и обеспечивающим последовательное подключение усилителя 4 ко всем n преобразователям. Этот код изменяется с каждым зондирующим импульсом. В результате усилитель 4, стоящий на выходе мультиплексора 3, с каждым зондирующим импульсом подключается к очередному преобразователю (см. циклы 1-го, 2-го.n-го преобразователей на фиг. 2,б). Сигнал с выхода усилителя 4 проходит через временный селектор 5 только в момент поступления стробирующего импульса от таймера 14 (фиг. 2,в). Стробирование обеспечивает прохождение отраженного сигнала только после многократного отражения от противоположной стенки.

На фиг. 2,в стробируется 2-й отраженный импульс. Практически можно подвести строб под любой отраженный импульс. Это позволяет устранить воздействие помехового сигнала, приходящего по стенке, и зондирующего импульса, проникающего по каналу первого преобразователя. После детектирования в амплитудном детекторе 6 (фиг. 2,г) сигнал поступает на выходной мультиплексор 7, на n выходах которого установлено n пиковых детекторов 8, уровни сигналов на выходе которых (фиг. 2,д,е,ж) пропорциональны амплитуде импульсов (фиг. 2,г). При этом постоянная времени цепи разряда пиковых детекторов выбирается более или, равной времени "просмотра" всех преобразователей τ= nt_ц, где t_ц цикл работы одного преобразователя. Практически t_ц равно единицам мс. С выхода пиковых детекторов 8 сигнал поступает на n компараторов 10, обеспечивающих фиксирование n уровней сигналов. При этом с помощью источников опорного напряжения 11 можно фиксировать уровни сигналов, прошедших через среду заданной плотности или с заданным ослаблением. Фиксирование обеспечивается с помощью индикаторов 12 (светодиоды и пр.). Одновременно сигналы с выхода пиковых детекторов 8 поступают на сумматор 9 и далее аналоговый сигнал, пропорциональный глубине погружения твердого вещества в жидкость и плотности этого вещества поступает на индикатор 13 (самописец, шлейф-осциллограф, магнитофон и пр.). Предварительно индикатор калибруется под заданную плотность вещества.

Таким образом, с помощью индикаторов 12 возможна сигнализация наличия вещества заданной плотности на уровне установки соответствующих преобразователей 1, что обеспечивается выбором порога срабатывания компараторов 10, а с помощью индикатора 13 возможна фиксация на самописце изменения уровня этого вещества вдоль стенки резервуара.

Экспериментальный образец устройства опробован на концентраторе типа ЛК-2 производственного объединения "Синтезкаучук" г. Тольятти. Работа устройства обеспечивает соблюдение параметров технологического процесса, устраняет возможность появления аварийной обстановки при увеличении уровня и плотности крышки каучука выше нормы и позволяет автоматизировать технологический процесс, что снижает затраты на производство каучука.

Работа образца показала, что предлагаемые способ и устройство обеспечивают получение требуемого технического результата. Предлагaемый способ позволяет создать различные сигнализаторы уровня и в других отраслях народного хозяйства, где в технологических процессах происходит изменение уровня и плотности твердой или газообразной среды, находящейся в жидкости.

В настоящее время разбрасывается рабочая документация и изготавливаются опытные образцы.

Примерная потребность в таких установках на различных предприятиях народного хозяйства измеряется тысячами штук.

Сущность изобретения: способ заключается в том, что через стенку в резервуар излучают ультразвуковые колебания нижним преобразователем, принимают их после отражения от противоположной стенки n преобразователями, включая и нижний, установленными вдоль стенки резервуара и подключаемыми последовательно после кажого очередного зондирующего импульса к общему приемнику, аналоговые сигналы со всех преобразователей суммируют, выходной сигнал, пропорциональный уровню погружения вещества, одновременно сигнал от каждого преобразователя сравнивают со своим пороговым значением, формируя дискретное значение погружения вещества заданной плотности, а путем стробирования во времени принятых сигналов после многократного отражения от стенок резервуара устраняют влияние помех. Устройство содержит n пъезопреобразователей 1 (из них нижний приемно-передающий, остальные приемные ), генератор 2 ультразвуковой частоты, входной мультиплексор 3, усилитель 4, временной селектор 5, амплитудный детектор 6, выходной мультиплексор 7, пиковые детекторы 8, сумматоры 10, источники опорных напряжений 11, индикаторы дискретных значений уровней 12, индикатор уровня 13, таймер 14. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ контроля уровня сред в резервуаре, заключающийся в том, что через стенку в резервуар излучают ультразвуковые колебания, принимают их после отражения от противоположной стенки, а уровень определяют по величине ослабления сигнала в резервуаре, отличающийся тем, что излучение осуществляют нижним преобразователем, установленным на нижней границе измеряемого уровня, а прием осуществляют n преобразователями, включая нижний, установленными вдоль стенки резервуара и подключаемыми последовательно после каждого очередного зондирующего испульса к общему приемнику, при этом аналоговые сигналы со всех преобразователей суммируют, образуя выходной сигнал, пропорциональный уровню погружения вещества, и одновременно сигнал от каждого преобразователя сравнивают со своим пороговым значением, формируя дискретные значения погружения вещества заданной плотности, а путем стробирования во времени принятых сигналов после многократного отражения от стенок резервуара устраняют влияния помех. 2. Устройство для контроля уровня сред в резервуаре, содержащее ультразвуковой генератор, подключенный к приемно-передающему преобразователю, соединенному с входом усилителя, подключенного к входу временного селектора, и таймер, первый и второй выходы которого подключены к управляющим входам соответственно ультразвукового генератора и временного селектора, отличающееся тем, что в него введены n 1 приемных преобразователей, входной и выходной мультиплексоры, амплитудный и n пиковых детекторов, последовательно соединенные по парам n компараторов и n индикаторов дискретных значений уровня, последовательно соединенные сумматор и индикатор уровня, и n источников опорного напряжения, каждый из которых подключен к опорному входу соответствующего компаратора, сигнальный вход каждого из которых соединен с выходом соответствующего пикового детектора, подключенного также к соответствующему входу сумматора, при этом временной селектор подключен к входу каждого пикового детектора через последовательно соединенные амплитудный детектор и выходной мультиплексор, к K входам управления которого подключены соответствующие выходы таймера, причем приемные и приемно-передающий преобразователи соединены с входом усилителя через входной мультиплексор, к K-входам управления которого подключены соответствующие выходы таймера.