Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров промышленных технологических процессов, например при контроле уровня хозяйственно-питьевой и технологической воды в резервуарах систем водоснабжения.
Известен способ измерения уровня жидких сред, заключающийся в излучении зондирующего импульса вдоль заданного направления, в переотражении указанного импульса, прошедшего вдоль заданного направления базовое расстояние, в направлении поверхности контролируемой жидкой среды, в регистрации зондирующего импульса в момент его переотражения и использовании интервала времени между моментами излучения и переотражения указанного импульса для предварительной корректировки периода следования счетных импульсов, в организации автоциркуляции переотраженного зондирующего импульса, прошедшего расстояние до поверхности контролируемой жидкой среды и повторно прошедшего указанное расстояние в обратном направлении, в заполнении счетными импульсами интервала времени, необходимого для проведения заданного количества регистраций циркулирующего зондирующего импульса, и в определении по их количеству значения уровня жидкой среды [1].
Устройство для реализации известного способа содержит два ультразвуковых преобразователя, семь электронных ключей, генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, триггер, ждущий мультивибратор и два счетчика.
Однако известный способ характеризуется недостаточной достоверностью результатов измерения.
Известен способ измерения уровня жидких сред, заключающийся в излучении зондирующего импульса вдоль заданного направления, излучении зондирующего импульса в направлении поверхности контролируемой жидкой среды, регистрации зондирующих импульсов, использовании зондирующего импульса, прошедшего вдоль заданного направления базовое расстояние, для предварительной корректировки периода следования счетных импульсов, формировании двух информационных сигналов и определении уровня контролируемой жидкой среде по разности счетных импульсов, вырабатываемых в течение времени формирования первого и второго информационных сигналов [2].
Устройство для реализации известного способа содержит ультразвуковой преобразователь, шесть электронных ключей, генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, ждущий мультивибратор, триггер и счетчик.
В известном способе информационные сигналы заполняют последовательностью счетных импульсов. При этом период следования счетных импульсов в начале каждого очередного цикла измерения корректируют в зависимости от значения скорости распространения зондирующих импульсов в контролируемой жидкой среде. Однако интервал времени, необходимый для проведения одного цикла измерения, может достигнуть значения, при котором несмотря на проводимую предварительную корректировку периода следования счетных импульсов на достоверности результатов измерения будет сказываться нестабильность скорости распространения зондирующего импульса, обусловленная изменениями температуры контролируемой жидкой среды.
Задача изобретения - повышение достоверности результатов измерения.
Решение поставленной задачи заключается в том, что в предлагаемом способе измерения уровня жидких сред, заключающемся в излучении зондирующего импульса вдоль первого заданного направления, излучении зондирующего импульса в направлении поверхности контролируемой жидкой среды в результате и регистрации зондирующих импульсов, излучение зондирующего импульса вдоль первого заданного направления и в направлении поверхности контролируемой жидкой среды производят одновременно, организуют автоциркуляцию зондирующего импульса для зондирования базового расстояния вдоль первого заданного направления, считывают количество регистраций циркулирующего вдоль первого заданного направления зондирующего импульса, выполненных до момента регистрации зондирующего импульса, излученного в направлении поверхности контролируемой жидкой среды, и по результатам указанного считывания производят предварительное определение уровня жидкой среды в момент регистрации зондирующего импульса, излученного в направлении поверхности контролируемой жидкой среды, переизлучают данный импульс вдоль второго заданного направления, организуют автоциркуляцию указанного импульса для зондирования базового расстояния вдоль второго заданного направления, в момент регистрации циркулирующего вдоль первого заданного направления зондирующего импульса, выполненной первой после регистрации зондирующего импульса, излученного в направлении поверхности контролируемой жидкой среды, прекращают зондирование базового расстояния вдоль первого заданного направления и возобновляют автоциркуляцию зондирующего импульса вдоль указанного направления в момент первой регистрации циркулирующего вдоль второго заданного направления зондирующего импульса, возобновление автоциркуляции зондирующего импульса вдоль первого заданного направления сопровождают задержкой указанного импульса перед его очередным излучением на время, равное интервалу времени между моментами прекращения и возобновления автоциркуляции зондирующего импульса вдоль указанного направления, считывают количество регистраций циркулирующего вдоль второго заданного направления зондирующего импульса, выполненных в интервале времени между моментом возобновления автоциркуляции зондирующего импульса вдоль первого заданного направления и моментом десятой регистрации зондирующего импульса, циркулирующего вдоль указанного направления, выполненной после момента первой регистрации зондирующего импульса, циркулирующего вдоль второго заданного направления, и по результатам указанного считывания определяют величину поправки к значению уровня жидкой среды.
Относительно устройства для реализации способа измерения уровня жидких сред, содержащего первый ультразвуковой преобразователь, шесть электронных ключей, первый генератор зондирующего импульса, первый усилитель-формирователь, триггер и первый счетчик, поставленная задача решается тем, что оно содержит второй и третий ультразвуковые преобразователи, второй счетчик, седьмой, восьмой и девятый электронные ключи, первую измерительную трубку, на стенках горизонтального участка которой установлен первый ультразвуковой преобразователь, вторую измерительную трубку с перегородкой, на стенках которой по обе стороны от перегородки и на равных расстояниях от последней установлены, соответственно, второй и третий ультразвуковые преобразователи, второй генератор зондирующего импульса, к выходу которого подключены вход и отпирающий вход восьмого электронного ключа и третий ультразвуковой преобразователь, второй усилитель-формирователь, вход которого подключен к выходу второго электронного ключа, а к выходу подключены запирающий вход второго электронного ключа и входы пятого, шестого и седьмого электронных ключей, третий усилитель-формирователь, вход которого подключен к выходу восьмого электронного ключа, к выходу подключены входы четвертого и девятого электронных ключей, а через первый и второй диоды, соответственно, вход второго генератора зондирующего импульса и запирающий вход восьмого электронного ключа, одновибратор, вход которого соединен с вторым установочным входом триггера, с запирающим входом девятого электронного ключа, с отпирающим входом четвертого электронного ключа и подключен к выходу девятого электронного ключа, управляющий вход подключен к выходу триггера, а к выходу подключен вход первого генератора зондирующих импульсов, третий счетчик, вход которого через третий диод соединен с входом одновибратора и подключен к выходу седьмого электронного ключа, к выходу подключены вход сброса показаний второго счетчика, отпирающие входы первого, пятого и девятого электронных ключей, запирающие входы седьмого и четвертого электронных ключей, а через четвертый диод - запирающий вход восьмого электронного ключа, при этом к выходу и запирающему входу первого электронного ключа подключен первый ультразвуковой преобразователь, к первому выходу первого генератора зондирующих импульсов подключен вход первого электронного ключа, в к второму выходу - вход и отпирающий вход второго электронного ключа, вход первого усилителя-формирователя подключен к выходу третьего электронного ключа, вход сброса показаний первого счетчика соединен с отпирающим входом пятого электронного ключа, вход второго счетчика подключен к выходу четвертого электронного ключа, второй ультразвуковой преобразователь подключен к выходу первого генератора зондирующего импульса, вход и отпирающий вход третьего электронного ключа подключены к выходу первого электронного ключа, вход первого счетчика через пятый диод соединен с входом первого генератора зондирующих импульсов и подключен к выходу пятого электронного ключа, первый установочный вход триггера соединен с запирающим входом жесткого электронного ключа, с отпирающим входом седьмого электронного ключа и подключен к выходу шестого электронного ключа, в к выходу первого усилителя-формирователя, соединенному через шестой диод с входом второго генератора зондирующих импульсов, подключены запирающий вход третьего электронного ключа, запирающий вход пятого электронного ключа и отпирающий вход шестого электронного ключа.
На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации предлагаемого способа; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства.
Устройство содержит ультразвуковые преобразователи 1 - 3, первую измерительную трубку 4, подвешенную в резервуаре 5 с жидкой средой 6, вторую измерительную трубку 7 с перегородкой 8, генераторы 9 и 10 зондирующих импульсов, усилители-формирователи 11 - 13, электронные ключи 14-22, триггер 23, одновибратор 24, счетчики 25-27 и диоды 28-33 (фиг. 1).
Преобразователь 1 установлен на стенках горизонтального участка первой измерительной трубки 4. Ось симметрии указанной трубки задает направление зондирования расстояния Lx до поверхности контролируемой жидкой среды 6, т. е. до границы раздела сред в резервуаре 5. Вторая измерительная трубка 7 своей осью симметрии задает первое и второй направления зондирования среды 6. По обе стороны от перегородки 8 указанной трубки установлено по одному ультразвуковому преобразователю (преобразователи 2 и 3 соответственно). При этом расстояние Lo от преобразователя 1 до оси вертикального участка первой измерительной трубки 4 выбрано равным расстоянию от оси ее горизонтального участка до дна резервуара 5 (фиг. 1).
Способ заключается в следующем.
Первый цикл измерения предлагаемым способом начинается в момент возбуждения первого и второго ультразвуковых преобразователей 1 и 2 электрическим импульсом 34. На первый преобразователь импульс 34 с первого выхода первого генератора 9 поступает через первый электронный ключ 14, а на второй преобразователь 2 - непосредственно с второго выхода указанного генератора 9. Кроме того, импульс 34 запирает за собой первый ключ 14 и отпирает второй и третий ключи 15 и 16, и тем самым производит отключение генератора 9 от преобразователей 1 и 2 и подключение к указанным преобразователям входа первого и входа второго усилителей-формирователей 11 и 12 соответственно.
Под воздействием электрического импульса 34 преобразователи 1 и 2 производят излучение зондирующего импульса одновременно в направлении поверхности контролируемой среды 6 (акустический сигнал 35 на фиг. 2) и вдоль первого заданного направления (акустический сигнал 38).
Первым заданным направлением для акустического сигнала 38 является направление от преобразователя 2 в сторону перегородки 8 вдоль оси симметрии второй измерительной трубки 7. Сигнал 38, пройдя в указанном направлении базовое расстояние Lб, переотражается перегородкой 8 в обратном направлении и, спустя T1 после излучения, регистрируется преобразователем 2 в виде акустического сигнала 42. Соответствующий сигналу 42 электрический импульс 26, сформированный вторым усилителем 12, через открытый в исходном состоянии пятый электронный ключ 18 и пятый диод 32 поступает на вход первого генератора 9. Начинается автоциркуляция зондирующего базовое расстояние Lб импульса по контуру: второй выход генератора 9 - преобразователь 2 (акустические сигналы 38-39) - перегородка 8 - преобразователь 2 (акустические сигналы 42-43) - второй электронный ключ 15 - усилитель 12 (электрические импульсы 46-48) - электронный ключ 18 - диод 32 - генератор 9. При этом процесс автоциркуляции зондирующего импульса по указанному контуру сопровождают считыванием первым счетчиком 25 количества электрических импульсов 46-47, сформированных усилителем 12.
Спустя время Tх, необходимое для прохождения акустическим сигналом 35 расстояния Lх до поверхности жидкой среды 6 в резервуаре 5 и для повторного прохождения расстояния Lх в обратном направлении, преобразователь 1 зарегистрирует акустический сигнал 36. Преобразованный в электрический, сигнал 36 через третий ключ 16 поступает на вход первого усилителя 11. Соответствующий сигналу 36 электрический импульс 37, сформированный усилителем 11, возвращает в исходное состояние электронный ключ 16, а через диод 33 поступает на вход второго генератора 10. В результате, подключенный к выходу генератора 10 третий ультразвуковой преобразователь 3 произведет излучение зондирующего импульса (акустического сигнала 52) вдоль второго заданного направления (вдоль оси симметрии измерительной трубки 7 в направлении перегородки 8).
Кроме того, импульс 37 запирает пятый ключ 18 и отпирает шестой ключ 19 и, тем самым, отключает вход счетчика 25 м вход генератора 9 от выхода усилителя 12 и подключает к последнему триггер 23. Зондирование базового расстояния вдоль первого заданного направления прекращается. Очередной импульс 48 с выхода усилителя 12 проходит шестой ключ 19, запирает его за собой, отпирает седьмой ключ 20 и поступает на первый установленный вход триггера 23, приступающего к формированию сигнала 51.
Акустический сигнал 52, пройдя базовое расстояние Lб, переотражается перегородкой 8 и, спустя время T1 после излучения, регистрируется преобразователем 2 в виде акустического сигнала 54. Преобразованный в электрический, сигнал 54 через открытый при излучении сигнала 52 восьмой ключ 21 поступает на вход третьего усилителя-формирователя 13. Соответствующий сигналу 54 электрический импульс 57 с выхода усилителя 13 через первый диод 28 поступает на вход генератора 10. Начинается автоциркуляция зондирующего импульса для зондирования базового расстояния Lб вдоль второго заданного направления. Контур авторциркуляции: генератор 10 - преобразователь 3 (акустические сигналы 52-53) - перегородка 8 - преобразователь 3 (акустические сигналы 54-56) - восьмой ключ 21 - усилитель 13 (электрические импульсы 57-59) - диод 28 - генератор 10.
Первый из последовательности импульсов 57-59 (импульс 57) с выхода усилителя 13 через девятый электронный ключ 22 поступает на второй установочный вход триггера 23. Формирование сигнала 51 прекращается. Кроме того, импульс 57 запирает за собой ключ 22 и отпирает четвертый ключ 17. Поэтому второй и последующие электрические импульсы 58-59 последовательности импульсов 57-59 через ключ 17 будут считываться счетчиком 26.
Выход триггера 23 подключен к управляющему входу одновибратора 24, поступая на который сигнал 51 длительностью dTх, равной разности значений Tх и N1T1, где N1 - количество регистраций зондирующего импульса (акустических сигналов 42), считываемых первым счетчиком 25 в течение интервала времени Tх, устанавливает время срабатывания одновибратора 24.
Первым на вход одновибратора поступает электрический импульс 57. Спустя время dTх после его поступления одновибратор 24 срабатывает и посылает сигнал на вход первого генератора 9. Автоциркуляция зондирующего импульса для зондирования базового расстояния Lб вдоль первого заданного направления возобновляется. Контур автоциркуляции: второй выход генератора 9 - преобразователь 2 (акустические сигналы 40-41) - перегородка 8 - преобразователь 2 (акустические сигналы 44-45) - ключ 15 - усилитель 12 (электрические импульсы 49-50) - ключ 20 - третий диод 30 - одновибратор 24 - генератор 9.
Назначение одновибратора 24, включенного в состав указанного контура автоциркуляции - задержка зондирующего импульса перед каждым очередным его переизлучением вдоль второго заданного направления на время dTх. В результате значение периода T2 следования последовательности электрических импульсов 49-50 будет равным сумме значений dTх и T1, где T1 - период следования последовательности электрических импульсов 42-43, 57-59.
Возобновление автоциркуляции зондирующего импульса вдоль первого заданного направления сопровождают считыванием импульсов 49-50 посредством третьего счетчика 27, подключенного к выходу седьмого электронного ключа 20. Указанное считывание производят до момента десятой регистрации циркулирующего зондирующего импульса (акустический сигнал 45). При поступлении на вход счетчика 27 импульса 50, соответствующего сигналу 45, на его выходе формируется импульс 60 переполнения. Импульс 60 поступает на запирающий вход четвертого ключа 17 и тем самым отключает вход второго счетчика 26 от выхода усилителя 13. Через четвертый диод 31 импульс 60 запирает восьмой электронный ключ 21, поэтому электрический сигнал, соответствующий акустическому сигналу 56, на вход усилителя 13 не поступит. Автоциркуляция зондирующего импульса для зондирования базового расстояния Lб вдоль второго заданного направления прекращается.
Импульс 60 переполнения сбрасывает также показания счетчиков 25-26 и возвращает в исходные состояния электронные ключи 14, 18, 20 и 22, т.е. в момент формирования на выходе одновибратора 24 очередного импульса 61 начинается второй цикл измерения.
Значение уровня Lх жидкой среды 6 в резервуаре 5 в конце каждого цикла измерения определяют по показаниям первого счетчика 25, считывающего количество регистраций циркулирующего вдоль первого заданного направления зондирующего импульса в течение интервала времени N1T1. По показаниям второго счетчика 26 определяют значение интервала времени dTх, по длительности которого судят о величине поправки к показаниям счетчика 26, равной отношению (N2T1):10.
Второй счетчик 26 считает количество регистраций циркулируемого вдоль второго заданного направления зондирующего импульса, выполненных в интервале времени между моментом излучения акустического сигнала 40 и моментом регистрации акустического сигнала 45. За указанный интервал времени счетчик 26 зарегистрирует (10 + N2) электрических импульсов 58-59, т.е. если емкость второго счетчика 26 выбрать равной емкости третьего счетчика 27, то его показания N2 будут пропорциональны значению dTх поправки.
Таким образом, по сравнению с известным предлагаемый способ позволяет сформировать информацию о значении уровня контролируемой среды не в виде последовательности счетных импульсов, частота следования которых может не соответствовать значению скорости распространения зондирующего импульса, а в виде двух последовательностей акустических сигналов, на соответствие количества которых значению уровня контролируемой среды нестабильность скорости распространения зондирующего импульса не влияет, что позволяет повысить достоверность результатов измерения.
Источники информации:
1. Авторское свидетельство СССР N 1180691, кл. G 01 B 17/02, 1985.
2. Авторское свидетельство n 1048322, кл. G 01 F 23/28, 1983/
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметрами промышленных технологических процессов, например, при контроле уровня хозяйственно-питьевой и технологической воды в резервуарах систем водоснабжения. Предлагаемые способ и устройство для его реализации позволяют сформировать информацию о значении уровня контролируемой жидкой среды не в виде последовательности счетных импульсов, частота следования которых может не соответствовать значению скорости распространения зондирующего импульса, а в виде двух последовательностей акустических сигналов, на соответствие количества которых значению уровня контролируемой среды нестабильность скорости распространения зондирующего импульса не влияет. Повышается достоверность результатов измерений. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.
