УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАТОР Российский патент 2004 года по МПК G01F23/296 

Изобретение относится к ультразвуковой технике контроля уровня жидких сред и может найти применение в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известны акустические приборы для контроля уровня и границы раздела двух несмешивающихся жидкостей, содержащие пьезоэлектрические преобразователи, генератор, измерительную схему. См. Авторское свидетельство СССР 487308, кл. G 01 F 23/28; Авторское свидетельство СССР 532010, кл. G 01 F 23/28.

Наиболее близким по технической сущности является многофункциональный ультразвуковой сигнализатор, содержащий четыре пьезоэлектрических датчика с отражателями, нагруженных на одну линию связи, подключенную к приемопередающему устройству, связанному с блоком одновибраторов и усилителем, генератор, блок компараторов, блок контроля временного интервала, два блока контроля разности временных интервалов и релейный блок. См. Патент РФ 2175437.

Недостатком известного устройства является низкая надежность сигнализации уровня и границы раздела несмешивающихся жидкостей в условиях сильной загазованности, что характерно для нефтедобывающей промышленности. В этих условиях подключение четырех пъезопреобразователей к одной линии связи приводит к резкому падению уровня отраженных сигналов, т.к. кроме фактора увеличения емкости нагрузки, уменьшающей отраженный сигнал, действует еще и фактор затухания ультразвукового сигнала в загазованной жидкости.

Основной задачей, на решение которой направлено заявляемое устройство, является повышение надежности сигнализации уровня и границы раздела в условиях сильной загазованности жидкости.

Поставленная цель достигается тем, что пьезопреобразователи подключены по два к двум однопроводным линиям связи, причем в каждой паре датчиков расстояния до отражателей различны, а линии связи соединены с приемопередающими устройствами, выходы которых подключены к усилителю, а входы соединены с элементами И, входы которых связаны с одновибратором и выходами триггера, подключенного к генераторному блоку, соединенному с одновибратором и блоком логики, связанным с выходами триггера и выходом компаратора, один вход которого подключен к выходу усилителя, а другой вход - к потенциометру, причем выходы блока логики соединены с пиковыми детекторами, подключенными к релейно-индикаторным блокам.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого устройства.

Сигнализатор содержит четыре пьезопреобразователя 1, 2, 3 и 4 с отражателями. Первый и второй пьезопреобразователи соединены однопроводной линией связи с приемопередающим устройством 5, а третий и четвертый - с приемопередающим устройством 6. К входам приемопередающих устройств подключены элементы И 7 и 8, входы которых связаны с одновибратором 9 и триггером 10, подключенным к генераторному блоку 11, состоящему из генератора 12 и субблока регулируемых одновибраторов 13, выходы которого соединены с блоком логики 14, состоящим из элементов И 15 и 16, связанных по входам с выходами триггера и выходом компаратора, а по выходам - с элементами И 17, 18, 19 и 20, причем вторые входы элементов И 19 и 20 подключены к переключателям режимов. Компаратор 21, соединенный с блоком логики, связан по первому входу с усилителем 22, а по второму - с потенциометром. Выходы блока логики соединены с пиковыми детекторами 23, 24, 25 и 26, подключенными к релейно-индикаторным блокам 27, 28, 29 и 30.

На фиг.2 представлена временная диаграмма работы сигнализатора в режиме сигнализации 4-х уровней жидкости:
И₁ - сигналы на выходе генератора 12;
И₂ - сигналы на единичном выходе триггера 10;
И₃ - сигналы на нулевом выходе триггера 10;
И₄ - сигналы на выходе одновибратора 9;
И₅ - первый стробимпульс на выходе 1 субблока регулируемых одновибраторов 13;
И₆ - второй стробимпульс на выходе 2 субблока 13;
И₇ - отраженные сигналы с пъезопреобразователей 1, 2, 3 и 4;
И₈ - сигналы на выходе логических элементов 17, 18, 19 и 20.

На фиг.3 представлена временная диаграмма работы сигнализатора в режиме сигнализации границы раздела двух несмешивающихся жидкостей:
И₁ - сигналы на выходе генератора 12;
И₂ - сигналы на выходе одновибратора 9;
И₃, И₄, И₅ и И₆ - стробимпульсы на выходах 1, 2, 3 и 4 субблока регулируемых одновибраторов 13;
И₇ - отраженные сигналы с пьезопреобразователей 1 и 2 (сплошными линиями показаны сигналы при нахождении датчика в воде, шриховыми - при нахождении датчика в нефти).

И₈ - сигналы на выходе логических элементов 17, 18, 19 и 20.

Устройство работает следующим образом. После включения напряжения питания начинает работать генератор 12. По каждому переднему фронту импульсов с генератора переключается триггер 10 и на одновибраторе 9 формируется импульс запуска приемопередающего устройства на зондирование. При единичном состоянии триггера 10 зондирующий сигнал появляется на выходе приемопередающего устройства 5, а при нулевом - на выходе приемопередающего устройства 6. Таким образом, отраженные сигналы с пьезопреобразователей 1, 2, 3 и 4 приходят последовательно разнесенными во времени, т.к. отражатели датчиков 2 и 4 установлены на большем расстоянии, чем у датчиков 1 и 3. Усиленные отраженные сигналы, проходя через компаратор 21, преобразуются в логические импульсы и поступают на логические элементы И 15 и 16, на вторые входы которых подается напряжение с единичного и нулевого выходов триггера 10 соответственно. Таким образом, на выходе элемента 15 присутствуют отраженные сигналы с датчиков 1 и 2, а на выходе элемента 16 - с датчиков 3 и 4.

С выхода элемента 15 сигналы поступают на первые входы элементов 17 и 18, с элемента 16 - на логические элементы 19 и 20 в режиме сигнализации 4-х уровней жидкости, а в режиме сигнализации границы раздела двух несмешивающихся жидкостей, когда подключены только датчики 1 и 2 (датчики 3 и 4 отсутствуют), сигналы с выхода элемента 15 поступают и на элементы 19 и 20. На вторые входы логических элементов 17, 18, 19 и 20 поступают стробимпульсы в зависимости от режима работы (сигнализации 4-х уровней жидкости или 2-х границ раздела несмешивающихся жидкостей, что определятся положением 3-х переключателей в блоке логики).

В режиме сигнализации 4-х уровней жидкости используются только первый и второй стробимпульсы. Первый подается на элементы 17 и 19, а второй - на элементы 18 и 20. Если отраженные сигналы присутствуют, что говорит о наличии жидкости на уровне установки датчика 1, 2, 3 или 4, то на выходе соответствующего логического элемента 17, 18, 19 или 20 будут присутствовать импульсы.

На фиг.1 и 2 показано состояние, когда датчики 1, 2 и 4 находятся в жидкости, а датчик 3 - в пустоте. Импульсы подаются на входы пиковых детекторов. Напряжение на выходе пиковых детекторов нарастает быстро, а спадает с большой постоянной времени. Поэтому переключение релейно-индикаторных блоков от пропадания отдельных импульсов не происходит. Таким образом, устраняется влияние газовых пузырей, попадающих в промежуток излучатель - отражатель датчиков.

В режиме сигнализации границы раздела двух несмешивающихся жидкостей на уровне датчиков 1 и 2 используются все четыре стробимпульса, которые последовательно во времени подаются на вторые входы логических элементов 17, 18, 19 и 20.

При нахождении первого датчика, например, в воде будут присутствовать импульсы на выходе элемента 17 и сработает релейно-индикаторный блок 27, а при нахождении первого датчика, например, в нефти будут присутствовать импульсы на выходе логического элемента 18 и сработает релейно-индикаторный блок 28. Аналогично для второго датчика будут срабатывать релейно-индикаторные блоки 29 или 30. Сдвиг во времени отраженных сигналов в воде и нефти происходит из-за разницы в скорости звука.

Скорость звука в воде 1500 м/с, а скорость звука в нефти 1200 м/с.

В предлагаемом устройстве сохраняется возможность подключения 4-х датчиков с разными расстояниями от пьезопреобразователей до отражающих поверхностей к одной линии связи, подключенной к приемопередающему устройству 5, для контроля 4-х уровней жидкости в условиях отсутствия загазованности. При этом должен быть установлен режим "граница раздела".

Предлагаемое устройство выгодно отличается от прототипа более надежной работой в загазованных жидкостях.

Изобретение относится к ультразвуковой технике контроля уровня жидких сред и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности. Ультразвуковой сигнализатор содержит приемопередающие пьезопреобразователи с отражателями. Пьезопреобразователи подключены по два к двум однопроводным линиям связи. В каждой паре пьезопреобразователей расстояния до отражателей различны, а линии связи соединены с приемопередающими устройствами. Выходы приемопередающих устройств подключены к усилителю, а входы соединены с элементами И. Входы элементов И связаны с одновибратором и выходами триггера. Выходы триггера подключены к генераторному блоку, соединенному с одновибратором и блоком логики. Блок логики связан с выходами триггера и с выходом компаратора. Один вход компаратора подключен к выходу усилителя, а другой вход - к потенциометру. Выходы блока логики соединены с пиковыми детекторами, подключенньми к релейно-индикаторным блокам. Технический результат состоит в повышении надежности сигнализации уровня и границы раздела в условиях сильной загазованности жидкости. 2 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Ультразвуковой сигнализатор уровня жидких сред, содержащий приемопередающие пьезопреобразователи с отражателями, отличающийся тем, что пьезопреобразователи подключены по два к двум однопроводным линиям связи, причем в каждой паре пьезопреобразователей расстояния до отражателей различны, а линии связи соединены с приемопередающими устройствами, выходы которых подключены к усилителю, а входы соединены с элементами И, входы которых связаны с одновибратором и выходами триггера, подключенного к генераторному блоку, соединенному с одновибратором и блоком логики, связанным с выходами триггера и выходом компаратора, один вход которого подключен к выходу усилителя, а другой вход - к потенциометру, причем выходы блока логики соединены с пиковыми детекторами, подключенными к релейно-индикаторным блокам.2. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что генераторный блок содержит генератор, соединенный с субблоком регулируемых одновибраторов.3. Сигнализатор по п.1, отличающийся тем, что в блоке логики первый и второй элементы И подключены по первым входам к выходу компаратора и по вторым входам - к выходам триггера, а выходы первого элемента И связаны с третьим и четвертым элементами И, подключенными также к генераторному блоку, а выход второго элемента И соединен через переключатель режимов с пятым и шестым элементами И, вторые входы которых связаны через второй и третий переключатели режимов с генераторным блоком.