СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОЙ СРЕДЫ В РЕЗЕРВУАРЕ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 1998 года по МПК G01F23/296 

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 жидкой среды в резервуаре, заключающийся в формировании зондирующего импульса, 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 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 импульсов, усилитель-формирователь, триггер, ждущий мультивибратор и два счетчика.

Однако известный способ характеризуется недостаточной достоверностью результатов измерения.

Известен способ измерения уровня жидкой среды в резервуаре, заключающийся в формировании зондирующего импульса, формировании первого, второго и третьего информационных сигналов, заполнении первого и второго информационного сигналов счетными импульсами, и определении по их разности значения уровня контролируемой жидкой среды [2].

Устройство для реализации известного способа содержит ультразвуковой преобразователь, шесть электронных ключей, генератор импульсов, усилитель-формирователь, ждущий мультивибратор, триггер и счетчик.

Согласно известному способу значение уровня жидкой среды определяют по соотношению длительностей формируемых информационных сигналов, что усложняет способ.

Задачей изобретения является упрощение способа.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения уровня жидкой среды в резервуаре, заключающемся в формировании зондирующего импульса, формировании первого, второго и третьего информационных сигналов, заполнении информационного сигнала счетными импульсами, размещают плоскость излучения и плоскость регистрации на базовом расстоянии друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности жидкой среды, первый информационный сигнал формируют длительностью, равной интервалу времени, необходимому для прохождения зондирующим импульсом базового расстояния, второй информационный сигнал формируют в интервале времени между моментами первой и второй регистраций зондирующего импульса, заполняют второй информационный сигнал счетными импульсами, для корректировки частоты следования которых используют первый информационный сигнал, регистрируют счетные импульсы, сформированные за время формирования второго информационного сигнала, и по их количеству производят предварительное определение значения уровня жидкой среды в резервуаре, формируют третий информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между моментом второй регистрации зондирующего импульса и счетным импульсом, сформированным первым после момента указанной регистрации, формируют первый и второй информационные импульсы, для корректировки интервала времени между передними фронтами которых используют третий информационный сигнал, в момент формирования первого информационного импульса приступают к формированию первой последовательности стандартных импульсов с периодом следования, равным суммарной длительности девяти стандартных импульсов, в момент формирования переднего фронта второго информационного сигнала приступают к формированию второй последовательности стандартных импульсов с периодом следования, равным суммарной длительности десяти стандартных импульсов, регистрируют стандартные импульсы первой последовательности, сформированные в интервале между моментом формирования переднего фронта второго информационного импульса и моментом одновременного формирования стандартного импульса первой и стандартного импульса второй последовательностей, и по их количеству судят о величине поправки к предварительно определенному значению уровня жидкой среды в резервуаре, при этом первый информационный сигнал используют для корректировки длительности стандартных импульсов первой и второй последовательностей, а максимальное значение интервала времени между передними фронтами первого и второго информационных импульсов принимают равным периоду стандартных импульсов второй последовательности.

Относительно устройства для реализации способа измерения уровня жидкой среды в резервуаре, содержащего первый ультразвуковой преобразователь, шесть электронных ключей, генератор импульсов, усилитель-формирователь, первый триггер, первый ждущий мультивибратор, первый счетчик, поставленная цель достигается тем, что в состав устройства включены второй ультразвуковой преобразователь, измерительная трубка, на стенках горизонтального участка которой установлены первый и второй ультразвуковые преобразователи, второй счетчик, логический элемент И, второй триггер, второй, третий и четвертый ждущие мультивибраторы, управляющие входы третьего и четвертого ждущих мультивибраторов подключены к выходу первого триггера, первый ультразвуковой преобразователь подключен к первому выходу генератора импульсов, а ко второму ультразвуковому преобразователю подключен вход усилителя-формирователя, первый установочный вход первого триггера подключен ко второму выходу генератора импульсов, первый установочный вход второго триггера соединен с запирающими входами второго и четвертого электронных ключей, с отпирающими входами первого и третьего электронных ключей и подключен к выходу второго электронного ключа, второй установочный вход второго триггера соединен с запирающим входом третьего электронного ключа, с отпирающим входом четвертого электронного ключа, с первым установочным входом второго ждущего мультивибратора и подключен к выходу третьего электронного ключа, первый установочный вход первого ждущего мультивибратора соединен с запирающим входом первого электронного ключа, с отпирающим входом второго электронного ключа и подключен к выходу первого электронного ключа, второй установочный вход второго ждущего мультивибратора соединен с запирающим входом шестого электронного ключа, с отпирающим входом пятого электронного ключа, с первым установочным входом четвертого ждущего мультивибратора и подключен к выходу шестого электронного ключа, первый установочный вход третьего ждущего мультивибратора соединен с запирающим входом пятого электронного ключа, с отпирающим входом шестого электронного ключа и подключен к выходу пятого электронного ключа, второй установочный вход третьего ждущего мультивибратора соединен с вторым установочным входом четвертого ждущего мультивибратора, с входом генератора импульсов, со входом сброса показаний первого счетчика, со входом сброса показаний второго счетчика и подключен к выходу логического элемента И, соединенные входы первого и второго электронных ключей подключены к выходу усилителя-формирователя, соединенные входы третьего и четвертого электронных ключей подключены к выходу первого ждущего мультивибратора, соединенные входы пятого и шестого электронных ключей подключены к выходу второго ждущего мультивибратора, вход первого счетчика подключен к выходу четвертого электронного ключа, вход второго счетчика соединен с первым входом логического элемента И и подключен к выходу третьего ждущего мультивибратора, а второй вход логического элемента И подключен к выходу четвертого ждущего мультивибратора.

На фиг. 1 представлена схема устройства для реализации способа измерения уровня жидкой среды в резервуаре; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ и работу устройства.

Устройство для реализации способа содержит первый и второй ультразвуковые преобразователи 1 и 2, размещенные в резервуаре 3 с жидкой средой 4 на стенках измерительной трубки 5, генератор 6 акустических импульсов, усилитель-формирователь 7, электронные ключи 8-13, первый и второй триггеры 14 и 15, ждущие мультивибраторы 16-19, логический элемент И 20, первый и второй счетчики 21 и 22 (фиг.1).

Способ заключается в следующем.

Предварительной операцией предлагаемого способа является размещение плоскости излучения (первого ультразвукового преобразователя 1) и плоскости регистрации (второго ультразвукового преобразователя 2) на базовом расстоянии Lб друг от друга вдоль линии, параллельной поверхности жидкой среды 4 в резервуаре 3. Ультразвуковые преобразователи 1 и 2 размещены на стенках горизонтального участка измерительной трубки 5, через торец которого обеспечивают поступление жидкой среды в полость трубки 5 (фиг.1).

Процесс измерения начинается в момент возбуждения первого ультразвукового преобразователя 1 электрическим импульсом 26, поступающим на преобразователь 1 с первого выхода генератора 6 импульсов. Одновременно импульс 26 с второго выхода генератора 6 поступает на первый установочный вход первого триггера 14. Триггер 14 запускается и на управляющие входы первого, третьего и четвертого ждущих мультивибраторов 16, 18 и 19 начинает поступать первый информационный сигнал 29 (фиг.2).

Длительность Tб формируемого триггером сигнала 29 выбирают равной интервалу времени, необходимому для прохождения зондирующим импульсом 23 базового расстояния Lб, и используют для приведения (корректировки) периода Tо следования счетных импульсов 30 ждущего мультивибратора 16 и длительности стандартных импульсов 34-46 ждущих мультивибраторов 18 и 19 в соответствие со значением скорости распространения зондирующего импульса 23 в жидкой среде 4.

Зондирующий импульс 23, распространяясь вдоль оси измерительной трубки 5, дважды регистрируется вторым ультразвуковым преобразователем 2. Первая регистрация импульса 23 (акустический сигнал 24) производится при его распространении в направлении поверхности жидкой среды 4, вторая регистрация (акустический сигнал 25) - после переотражения зондирующего импульса 23 указанной поверхностью в направлении ультразвукового преобразователя 2.

В момент регистрации акустического импульса 24, соответствующего заднему фронту первого информационного сигнала 29, приступают к заполнению счетными импульсами 30 второго информационного сигнала, формируемого в интервале времени T_x между моментами регистрации акустических сигналов 24 и 25: соответствующий акустическому импульсу 24 электрический импульс 27 с выхода усилителя-формирователя 7 поступает на вход первого и на вход второго электронных ключей 8 и 9, и через открытый в исходном состоянии ключ 8 запускает первый ждущий мультивибратор 16. Одновременно импульс 27 запирает за собой первый электронный ключ 8, отпирает второй ключ 9 и поступает на второй установочный вход первого триггера 14. Триггер 14 возвращается в исходное состояние и формирование первого информационного сигнала 29 прекращается, а через четвертый электронный ключ 11 с выхода первого ждущего мультивибратора 16 на вход первого счетчика 21 начинают поступать счетные импульсы 30.

Спустя время Tx электрический импульс 28, соответствующий заднему фронту второго информационного сигнала (акустическому сигналу 25), с выхода усилителя-формирователя 7 поступит через открытый импульсом 27 второй электронный ключ 9 на отпирающие входы первого и третьего электронных ключей 8 и 10 и на запирающие входы второго и четвертого электронных ключей 9 и 11. Запираясь, электронный ключ 11 отключает вход первого счетчика 21 от выхода первого ждущего мультивибратора 16. По количеству счетных импульсов 30, зарегистрированных счетчиком 21 за время Tx, производят предварительное (грубое) определение значения уровня Lx жидкой среды в резервуаре 3.

Одновременно электрический импульс 28 поступает на первый установочный вход второго триггера 15. Триггер 15 запускается и приступает к формированию третьего информационного сигнала 31 длительностью dTx, равной интервалу времени между моментом регистрации акустического сигнала 25 и счетным импульсом, сформированным первым после момента запуска триггера 15. Указанный счетный импульс через третий электронный ключ 10 останавливает работу второго триггера 15. Формирование третьего информационного сигнала 31 прекращается. Одновременно возвращаются в исходные состояния электронные ключи 10, 11, прекращается работа первого ждущего мультивибратора 16 и запускается второй мультивибратор 17.

Назначение второго ждущего мультивибратора 17 - формирование первого и второго информационных импульсов 32 и 33 с периодом следования, равным t₁, и пропорциональным длительности dTx третьего информационного сигнала. Первый информационный импульс, импульс 32, запирает за собой пятый электронный ключ 12, открытый в исходном состоянии, и отпирает шестой электронный ключ 13. При этом импульс 32 поступает на первый установочный вход третьего ждущего мультивибратора 18, посредством которого приступают к формированию первой последовательности стандартных импульсов 34-40. Второй информационный импульс, импульс 33, через открытый импульсом 32 электронный ключ 13 поступает на второй установочный вход второго ждущего мультивибратора 17 и останавливает его работу. Одновременно импульс 33 возвращает в исходные состояния электронные ключи 12 и 13 и поступает на первый установочный вход четвертого ждущего мультивибратора 19, приступающего к формированию второй последовательности стандартных импульсов 41-46.

С выхода ждущего мультивибратора стандартные импульсы 34-40 первой последовательности поступают на второй счетчик 22, вход которого соединен с первым входом логического элемента 20 И. Так как второй вход элемента 20 подключен к выходу ждущего мультивибратора 19, то электрический импульс 47 на его выходе сформируется при одновременном поступлении стандартного импульса 40 первой и стандартного импульса 46 второй последовательностей. Поступая с выхода логического элемента 20 на вторые установочные входы ждущих мультивибраторов 18 и 19, импульс 47 возвращает их в исходные состояния.

За время работы третьего ждущего мультивибратора 18 счетчик 22 зарегистрирует стандартные импульсы 34-40, количество которых должно быть пропорциональным длительности dTx третьего информационного сигнала 31. С этой целью период T1 первой последовательности стандартных импульсов 34-40 выбирают равным значению 9Tо, где Tо - длительность стандартных импульсов 34-46, а период T2 второй последовательности стандартных импульсов 41-46 - равным значению 10T_о. Поэтому один стандартный импульс первой последовательности, зарегистрированный счетчиком 22, будет соответствовать длительности dTx третьего информационного сигнала 31, равной 0,1T3, где T3 - период счетных импульсов 30.

Так как разность значений T3 и dTx пропорциональна погрешности при определении значения уровня L_б по показаниям первого счетчика 21, то по показаниям второго счетчика 22 судят о величине поправки к показаниям счетчика 21.

На фиг. 2 приведен частный случай, когда длительность dTx третьего информационного сигнала 31 составляет 0,7 от значения T3. Так как максимальное значение интервал времени t₁ принимает при dTx, равном нулю, и оно, согласно предлагаемому способу, соответствует значению T2, а T1 составляет 0,9 от значения T2, то интервал времени t₁ между импульсами 32 и 33 при dTx, составляющем 0,7 от значения T3, имеет значение, составляющее 0,3 от значения T2. Длительность t₂ интервала времени между стандартными импульсами 34 и 41, сформированными первыми после момента регистрации акустического сигнала 25, составляет 0,4 от значения T2, а длительности интервалов времени t₃-t₆ составляют 0,5-0,8 от значения T2. Для стандартных импульсов 39 и 46 t₇ равно T2. Т.е. для приведенного примера второй счетчик 22 зарегистрирует семь стандартных импульсов первой последовательности (импульсы 34-40), что соответствует значению dTx, равному 0,7 от T2. При этом поправка к показаниям первого счетчика 21 определяется по разности значений T3 и dTx.

Как показано на фиг.1, со вторыми установочными входами третьего и четвертого ждущих мультивибраторов 18 и 19 соединены вход сброса показаний первого счетчика 21, вход сброса показаний второго счетчика 22 и возбуждающий вход генератора 6. Поэтому при возвращении в исходные состояния указанных мультивибраторов произойдет обнуление показаний счетчиков 21 и 22, а ультразвуковой преобразователь 1 произведет очередное излучение зондирующего импульса 23.

Таким образом, по сравнению с известным, в предлагаемом способе точность измерения задается не периодом следования счетных импульсов, а длительностью стандартных импульсов, что позволяет упростить процесс формирования информации о значении уровня жидкой среды.

Литература:
1. Авт.св. СССР N 1180691 по кл. G 01 B 17/02, 1985.

2. Авт.св. СССР N 1048322 по кл. G 01 F 23/28, 1983 - (прототип).

Использование: в системах автоматического контроля, управления и регулирования параметров промышленных технологических процессов, в частности при контроле уровня хозяйственно-питьевой и технологической воды в резервуарах систем водоснабжения. В предлагаемых способе и устройстве для его реализации точность измерения задается длительностью последовательности стандартных импульсов, что позволяет определить значение уровня контролируемой жидкой среды при излучении лишь одного зондирующего импульса. Изобретение позволяет существенно упростить измерения уровня. 2 с.п.ф-лы, 2 ил.

Способ измерения уровня жидкой среды в резервуаре, заключающийся в формировании зондирующего импульса, формировании первого, второго и третьего информационных сигналов, заполнении информационного сигнала счетными импульсами, отличающийся тем, что размещают плоскость излучения и плоскость регистрации на базовом расстоянии одна от другой вдоль линии, параллельной поверхности жидкой среды, первый информационный сигнал формируют длительностью, равной интервалу времени, необходимому для прохождения зондирующим импульсом базового расстояния, второй информационный сигнал формируют в интервале времени между моментами первой и второй регистраций зондирующего импульса, заполняют второй информационный сигнал счетными импульсами, для корректировки частоты следования которых используют первый информационный сигнал, регистрируют счетные импульсы, сформированные за время формирования второго информационного сигнала, и по их количеству производят предварительное определение значения уровня жидкой среды в резервуаре, формируют третий информационный сигнал длительностью, равной интервалу времени между моментом второй регистрации зондирующего импульса и счетным импульсом, сформированным первым после момента указанной регистрации, формируют первый и второй информационные импульсы, для корректировки интервала времени между передними фронтами которых используют третий информационный сигнал, в момент формирования первого информационного импульса приступают к формированию первой последовательности стандартных импульсов с периодом следования, равным суммарной длительности девяти стандартных импульсов, в момент формирования переднего фронта второго информационного сигнала приступают к формированию второй последовательности стандартных импульсов с периодом следования, равным суммарной длительности десяти стандартных импульсов, регистрируют стандартные импульсы первой последовательности, сформированные в интервале времени между моментом формирования переднего фронта второго информационного импульса и моментом одновременного формирования стандартного импульса первой и стандартного импульса второй последовательностей, и по их количеству судят о величине поправки к предварительно определенному значению уровня жидкой среды в резервуаре, при этом первый информационный сигнал используют для корректировки длительности стандартных импульсов первой и второй последовательностей, а максимальное значение интервала времени между передним фронтами первого и второго информационных импульсов принимают равным периоду стандартных импульсов второй последовательности.