УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ НЕФТЕПРОДУКТОВ Российский патент 1997 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах измерения уровня нефтепродуктов в резервуарах при отпуске, приеме и хранении.

Известно устройство для преобразования перемещения в код, содержащее звукопровод из магнитострикционного материала с демпферами на концах, два датчика, каждый из которых выполнен в виде катушки считывания с подмагничиванием, элемент возбуждения ультразвукового импульса, жестко связанный с объектом контроля, выполненный в виде постоянного магнита, два усилителя-формирователя, формирователь импульсов тока (возбуждения), два R-S-триггера, генератор счетных импульсов, счетчик, буферный формирователь и шину обмена.

Схема этого преобразователя перемещения в код является достаточно сложной (см. авт.свид. СССР N 1541480, G 01 F 5/12, 1988).

Известно устройство для измерения уровня топлива, которое является наиболее близким по технической сущности к предложенному (см. патент США N 5076100, G 01 F 23/00, 1991).

Указанное устройство содержит звукопровод из магнитострикционного материала с демпфером на одном из концов, катушку считывания, установленную перед демпфером, три постоянных магнита, один из которых зафиксирован на конце звукопровода со стороны катушки считывания, а два других расположены на поплавках, усилитель-формирователь, генератор импульсов и счетчик.

Данное устройство позволяет проводить измерение двух уровней жидкостей с разной плотностью.

Задачей, на решение которой направлено изобретение, является создание надежного устройства для измерения уровня нефтепродуктов и уровня раздела фаз в резервуаре за счет выделения цепи подмагничивания в самостоятельную цепь с постоянным и максимальным значением тока подмагничивания.

Поставленная задача решается за счет того, что в известное устройство дополнительно введены два ключа, соединенные с разными концами звукопровода, формирователь импульсов блокировки, регистр с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, регистр памяти, два формирователя импульсов запуска, дешифратор адреса, формирователь сигнала готовности, шина обмена, причем выход усилителя формирователя соединен с тактовым входом регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, выход первого формирователя импульсов запуска соединен с входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, информационный выход счетчика через регистр памяти соединен с шиной обмена, которая соединена с входом дешифратора адреса, первый выход которого соединен с входом разрешения считывания регистра памяти, второй и третий выходы дешифратора адреса соединены соответственно с входом первого формирователя импульсов запуска и вторым входом формирователя сигнала готовности, первый вход которого соединен с входом разрешения записи регистра памяти и выходом регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, четвертый выход дешифратора адреса соединен с входом записи кода выбора регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, параллельный вход которого и выход формирователя сигнала готовности соединены с шиной обмена, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов запуска, а выходы с общей шиной, входы второго формирователя импульсов запуска и формирователя импульсов блокировки соединены соответственно с пятым и вторым выходами дешифратора адреса, а выход формирователя импульсов блокировки соединен с входом блокировки регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, звукопровод в точке, расположенной между зафиксированным магнитом и катушкой считывания, соединен с источником питания, а два других магнита расположены на поплавках разной плавучести.

На чертеже приведена функциональная схема устройства.

Устройство содержит звукопровод 1 из магнитострикционного материала с демпфером 3 на одном конце, постоянные магниты 4,5 и 6, один из которых 6 имеет фиксированное расстояние В до катушки 7 считывания, а два других расположены на поплавках разной плавучести, два ключа 2 и 9, усилитель-формирователь 8, два формирователя 14 и 15 импульсов запуска, регистр 10 с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, генератор 11 счетных импульсов, счетчик 12, регистр 13 памяти, дешифратор 16 адреса, формирователь 17 сигнала готовности, шину 18 обмена и формирователь 19 импульсов блокировки. Причем один конец звукопровода 1 соединен с входом ключа 2, а второй через демпфер 3 с входом ключа 9, выходы ключей 2 и 9 соединены с общей шиной, а вход управления ключа 2 соединен с входом сброса счетчика 12 и выходом первого формирователя 14 импульсов запуска, вход которого соединен с вторым выходом дешифратора 16 адреса и входом формирователя 19 импульсов блокировки, выход которого соединен с блокировочным входом регистра 10 с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, параллельный вход которого соединен с шиной 18 обмена, а вход записи кода выбора с четвертым выходом дешифратора 16 адреса, выход регистра 10 с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации соединен с входом разрешения записи регистра 13 памяти и первым входом формирователя 17 сигнала готовности, выход генератора 11 счетных импульсов соединен с счетным входом счетчика 12, а информационный выход счетчика 12 через регистр 13 памяти соединен с шиной 18 обмена, первый выход дешифратора 16 адреса соединен с входом разрешения записи регистра 13 памяти, третий выход с вторым входом формирователя 17 сигнала готовности, вход дешифратора 16 адреса и выход формирователя 17 сигнала готовности соединены с шиной 18 обмена, пятый выход дешифратора 16 адреса соединен с входом второго формирователя 15 импульсов запуска, выход которого соединен с управляющим входом ключа 9, выходы катушки 7 считывания соединены с входами усилителя-формирователя 8, выход которого соединен с тактовым входом регистра 10 с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации.

Устройство измерения уровня нефтепродуктов работает следующим образом.

Все действия устройства инициируются через шину 18 обмена по командам микро-ЭВМ. Выделяются два режима работы: режим определения положения магнитов (подвижных поплавков и фиксированного магнита), который запускается через второй выход дешифратора 16 адреса первым формирователем 14 импульсов запуска и ключом 2, и второй режим подмагничивание катушки 7 считывания, который запускается через пятый выход дешифратора 16 адреса вторым формирователем 15 импульсов запуска и ключом 9. Как видно из схемы, ток подмагничивания во втором режиме протекает по цепи: питание +12 В, конец звукопровод 1 со стороны демпфера 3, вход ключа 9, общая шина. Эта цепь имеет минимальную и постоянную длину звукопровода, что позволяет иметь максимально возможный ток подмагничивания. В первом режиме ток возбуждения ультразвуковой волны протекает по цепи: питание +12 В, противоположный от демпфера 3 конец звукопровода 1, вход ключа 2, общая шина. В этом случае длина звукопровода величина переменная и зависит от размеров резервуаров.

Рассмотрим работу устройства в первом режиме подробнее. По команде от микро-ЭВМ сигналом с четвертого выхода дешифратора 16 адреса в регистр 10 записывается код выбора шины 18 обмена, который определяет замеряемый интервал, пропорциональный одному из отрезков Х1, Х2, (2А-В). От магнита 6,зафиксированного рядом с катушкой 7 считывания на расстоянии В, принимается отраженный от конца звукопровода ультразвуковой сигнал, прошедший расстояние (2А-В). А от магнитов 4 и 5, расположенных на поплавках разной плавучести, принимаются прямые ультразвуковые сигналы, прошедшие расстояния Х2 и Х1 соответственно. По другой команде от микро-ЭВМ сигналом со второго выхода дешифратора 16 адреса производится запуск первого режима работы устройства. Первый формирователь 14 импульсов запуска сбрасывает счетчик 12 в нулевое состояние и открывает ключ 2, таким образом создавая импульс тока в звукопроводе 1, в результате чего вокруг него образуется круговое магнитное поле, которое взаимодействует с продольными полями постоянных магнитов 4,5 и 6. В результате взаимодействия этих магнитных полей вследствие прямого магнитострикционного эффекта в звукопроводе 1 в трех точках расположения постоянных магнитов возникают ультразвуковые волны, которые распространяются в обе стороны. Ультразвуковые волны, направленные к противоположному от демпфера 3 концу звукопровода 1, отражаются от него и двигаются к другому концу.Волны, проходя катушку 7 считывания, вследствие обратного магнитострикционного эффекта преобразуется в электрические импульсы, разнесенные во времени. Таким образом, на катушке 7 считывания возникают 6 импульсов от трех магнитов: 3 - прямые, и 3 отраженные от первого конца звукопровода 1. Далее все ультразвуковые волны поглощаются демпфером 3. Первый прямой импульс от магнита 6 попадает в блокировочную зону и не используется, а остальные 5 импульсов могут быть приняты в регистр 10. Блокировочная зона формируется формирователем 19 подачей импульса на тактовый вход регистра 10 для исключения его ложного срабатывания от помехи, создаваемой импульсом тока возбуждения в звукопроводе 1. Импульс запуска возбуждения по длительности короче импульса блокировки. Пять электрических импульсов из усилителя-формирователя 8 последовательно поступают на тактовый вход регистра 10, какой код выбора был записан в регистре 10, на его выходе сигнал появится после прихода первого, второго или пятого тактового импульса. Рассмотрим эти импульсы, соответствующие прямым ультразвуковым волнам от 5 и 4 магнитов поплавков, а также импульс, отраженный от конца звукопровода 1 ультразвуковой волны магнита 6.

Для того, чтобы на выходе регистра 10 появился сигнал после первого тактового импульса, надо в регистр 10 ввести код выбора 011111, после второго такта 001111 и после пятого 000001. В результате появления сигнала на выходе регистра 10 происходит запись в регистр 13 памяти цифрового кода из счетчика 12, соответствующего расстоянию
K_X1 F•X₁/V; K_X2 F•X₂/V; K_(2A-B) F(2A-B)/V,
где V скорость распространения ультразвуковой волны;
F частота генератора II счетных импульсов;
Х1, Х2, (2А-В) расстояния до катушки 7 считывания, проходимые ультразвуковыми волнами от магнитов 4,5,6.

По сигналу с третьего выхода дешифратора 16 и наличия сигнала на выходе регистра 10 формирователь 17 выдает в ширину 18 обмена сигнал готовности данных устройств. По команде микро-ЭВМ сигналом с первого выхода дешифратора 16 адреса разрешается считывание данных с регистра 13 памяти. Таким образом, за один цикл работы происходит измерение одного из расстояний Х1, Х2 или (2А-В), и частота опроса их определяется алгоритмом микро-ЭВМ.

Калибровочное значение кода реперной точки К_(2a-B) пропорционально расстоянию (2А-В) и во времени изменяется незначительно. Частота опроса этой точки может быть достаточно низкой, а частота опроса других двух точек будет зависеть от выбранного алгоритма статистического метода обработки значений кодов.

После получения кодов К_X1, К_X2 и К_(2A-B) микро-ЭВМ вычисляет значения Х1 и Х2 по формулам
Х1 (2А-В)•К_X1/К_(2A-B) и Х2 (2А-В)•К_X2/К_(2A-B),
где (2А-В) масштабный коэффициент.

Присутствие в формуле калибровочного значения К_(2A-B) позволяет вести автоматическую компенсацию влияния дестабилизирующих факторов.

Предложенная схема является достаточно простой и надежной в работе при измерении уровня нефтепродуктов и уровня раздела фаз в резервуаре.

Использование: в системах измерения уровня нефтепродуктов. Сущность изобретения: устройство содержит звукопровод из магнитострикционного материала с демпфером на одном из концов, катушку считывания, установленную перед демпфером и подключенную к усилителю-формирователю, три постоянных магнита, один из которых зафиксирован в конце звукопровода со стороны катушки считывания, а два других расположены на поплавках разной плавучести, два ключа, соединенные с разными концами звукопровода и подключенные к общей шине, причем звукопровод в точке, расположенной между зафиксированным магнитом и катушкой считывания, соединен с источником питания, а через первый ключ - с каналом измерения, включающем регистр с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, генератор счетных импульсов, счетчик, регистр памяти, два формирователя импульсов запуска, дешифратор адреса, формирователь сигнала готовности, формирователь импульсов блокировки и шину обмена. 1 ил.

Устройство измерения уровня нефтепродуктов, содержащее звукопровод из магнитострикционного материала с демпфером на одном из концов, катушку считывания, установленную перед демпфером, три постоянных магнита, один из которых зафиксирован в конце звукопровода со стороны катушки считывания, а два других расположены на поплавках разной плавучести, усилитель-формирователь, входы которого соединены с выходами катушки считывания, генератор импульсов и счетчик, отличающееся тем, что в него введены регистр памяти, регистр с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, два формирователя импульсов, запуска, дешифратор адреса, формирователь сигнала готовности, формирователь импульсов блокировки, два ключа, соединенные с разными концами звукопровода, и шина обмена, выход усилителя-формирователя соединен с тактовым входом регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, выход первого формирователя импульсов запуска с входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, информационный выход счетчика через регистр памяти соединен с шиной обмена, которая соединена с входом дешифратора адреса, первый выход которого соединен с входом разрешения считывания регистра памяти, второй и третий выходы дешифратора адреса соединены соответственно с входом первого формирователя импульсов запуска и вторым входом формирователя сигнала готовности, первый вход которого соединен с входом разрешения записи регистра памяти и выходом регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, четвертый выход дешифратора адреса соединен с входом записи кода выбора регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, параллельный вход которого и выход формирователя сигнала готовности соединены с шиной обмена, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов запуска, а выходы с общей шиной, входы второго формирователя импульсов запуска и формирователя импульсов блокировки соединены соответственно с пятым и вторым выходами дешифратора адреса, а выход формирователя импульсов блокировки соединен с входом блокировки регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, а звукопровод в точке, расположенной между зафиксированным магнитом и катушкой считывания, соединен с источником питания.