УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР Российский патент 2007 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и предназначено для автоматизированного измерения и контроля уровня агрессивных жидких сред в закрытых резервуарах АСУТП.

Известен уровнемер [1], содержащий поплавок, следящий за поверхностью жидкости и передающий через перфорированную ленту перемещение мерному шкиву, зубчатому колесу и далее через промежуточную шестерню и соосно установленные пары шестерен - на сигнальный блок в виде измерительной обмотки с подвижным сердечником, возвратно-поступательной пружины и размыкателя. Применение в устройстве храпового колеса позволяет при изменениях уровня жидкости в резервуаре формировать на выводах сигнального блока пропорциональное число импульсных сигналов.

Известен поплавковый уровнемер [2], состоящий из корпуса с жидкостью, в котором поплавок перемещается по направляющим и кинематически соединен с индикатором через гибкую тягу с системой шкивов, и бачок с жидким растворителем. Поплавок уровнемера перемещается по направляющим при изменениях уровня жидкости в резервуаре, а жидкий растворитель из бачка под действием капиллярных сил проходит по фитилю к не погружаемой в жидкость поверхности поплавка, смачивает и растворяет вязкую пленку на фрикционной поверхности.

Известно устройство для измерения уровня жидкости [3], выбранное в качестве прототипа. Устройство содержит поплавковый элемент, фиксирующий границу раздела сред резервуара с жидкостью, соединенный через гибкую тягу и систему шкивов с приводной катушкой двухобмоточного измерительного трансформатора, генератора электрических колебаний, преобразователя сигналов и индикаторного прибора. Изменение уровня жидкости приводит к изменению толщины намотки троса приводной катушки, вызывая изменение магнитного сопротивления измерительного трансформатора, что регистрируется индикаторным прибором.

Перечисленные устройства [1-3] имеют общие недостатки, заключающиеся в недостаточных надежности преобразования уровня и функциональных возможностей. Выполнение в [1, 2] сигналообразующих элементов в виде распределенной катушки индуктивности ведет к усложнению устройства, снижению помехоустойчивости (надежности, точности) и разбросу технических характеристик акустического тракта. В прототипе [3] применение одинарных сигналообразующих элементов не в полной мере обеспечивает достижение требуемой помехоустойчивости. Кроме того, известные устройства [1-3] относятся к группе погружных уровнемеров, работающих с непосредственным контактом с рабочей средой, и не могут быть использованы для измерения и контроля уровня агрессивных жидких сред, например сильных кислот.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности преобразования уровня жидких сред и расширения функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой уровнемер, содержащий прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с отражающей нагрузкой на одном конце и электроакустическим преобразователем на другом и поплавковый элемент с магнитом, размещенный в резервуаре с рабочей средой, вывод электроакустического преобразователя через усилитель считывания подключен к информационному входу блока кодирования и вычислений, генератор записи, подключенный к звукопроводу, введены второй электроакустический преобразователь, расположенный на звукопроводе на опорном расстоянии от первого электроакустического преобразователя и подключенный к другому сигнальному входу усилителя считывания, блок индикации, подсоединенный информационными входами к выходам блока кодирования и вычислений, другой сигнальный вход которого соединен с одноименным выходом генератора записи, подключенного к шине управления, второй магнит, закрепленный в поплавковом элементе на опорном расстоянии от первого магнита и перемещающийся внутри резервуара по уровню границы рабочей среды вдоль звукопровода в пределах действия ограничителя перемещений, причем звукопровод закреплен с внешней стороны резервуара вблизи его рабочей стенки, выполненной из немагнитного материала.

Устройство поясняется чертежами. На фиг.1 показана блок-схема ультразвукового уровнемера.

Ультразвуковой уровнемер (фиг.1) закреплен в резервуаре 1 с рабочей средой 2 и направляющей плоскостью 3 и содержит поплавковый элемент 4 с двумя магнитами 5, ограничитель 6 перемещений, звукопровод 7 из магнитострикционного материала, отражающую нагрузку 8, два электроакустических преобразователя (ЭАП) 9, генератор 10 записи, усилитель 11 считывания, блок 12 кодирования и вычислений (БКВ), блок 13 индикации (БИ) и шину 14 управления.

На боковой поверхности резервуара 1 с рабочей средой 2 с внешней стороны закреплен прямолинейный звукопровод 7 с отражающей нагрузкой 8 в нижней части. В верхней его части на опорном расстоянии друг от друга закреплены два ЭАП, подключенные к сигнальному входу БКВ 12 через усилитель 11 считывания. Другой сигнальный вход БКВ через генератор 10 записи подключен к звукопроводу, а выходы соединены с информационными входами БИ 13. Генератор 10 записи подключен к шине 14 управления. С внутренней стороны резервуара 1 соосно со звукопроводом 7 размещен поплавковый элемент 4 с парой постоянных магнитов 5, установленных на одинаковом опорном расстоянии, как и ЭАП 9. Поплавковый элемент 4 фиксирует раздел (уровень) рабочей среды и помещается в рабочем пространстве резервуара 1, образованном его направляющей плоскостью 3. Диапазон этого перемещения устанавливает ограничитель 6 перемещений.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство (фиг.1) находится в режиме ожидания. При подаче сигнала "Управления" (фиг.3,а) по шине 14 управления оно переводится в режим измерения уровня h_х рабочей среды 2 в резервуаре 1.

При запуске генератора 10 записи на его выходах вырабатываются прямоугольные видеоимпульсы заданной длительности, которые поступают в среду прямолинейного магнитострикционного звукопровода 7 и на опорный информационный вход БКВ 12.

По сигналу генератора 10 записи запускается одновибратор 15 БКВ 12, вырабатывающий импульсный сигнал отрицательной полярности и длительности Т_мв по установке в нулевое (исходное) состояние Т-триггера 17 и RS-триггера 18 и записи кода коррекции N_н по информационным входам счетчика 20 импульсов блока 12.

Другим импульсным сигналом генератора 10 записи возбуждается звукопровод 7. В его среде на подмагниченных через стенку резервуара 1 участках посредством постоянных магнитов 5 поплавкового элемента 4 формируются две однотипные ультразвуковые упругие волны (эффект Видемана), распространяющиеся в обе стороны по звукопроводу 7 с фазовой скоростью V_кр крутильной волны.

Одна группа падающих упругих волн распространяется в сторону ограничителя 6 перемещений и в некоторый момент времени одновременно считываются парой сигнальных ЭАП 9 (эффект Виллари), которые преобразуются на выходе усилителя 11 считывания в прямоугольный видеоимпульс требуемой длительности. Этот сигнал считывания проходит через формирователь импульсов 16 БКВ 12 и устанавливает в единичное состояние его Т-триггер 17. Запускается измерительный генератор 19 блока 12. Его импульсные сигналы высокостабильной частоты f_о поступают на счетный вход счетчика 20 импульсов и подсчитываются.

Другая группа падающих упругих волн распространяется в сторону отражающей нагрузки 8 звукопровода 7, достигает ее и переотражается без существенной потери волновой энергии, изменяя направление движения. И в следующие моменты времени, равные Т_х=2h_х/V_кр, достигают сигнальные ЭАП 9 и ими считываются. На выходе усилителя 11 считывания формируется прямоугольный видеоимпульс считывания окончания цикла преобразования, которым переключается Т-триггер 17 БКВ 12 в исходное состояние и работа измерительного генератора 19 блокируется. В следующий момент на разрядных выходах счетчика 20 импульсов БКВ 12 формируется текущее значение уровня h_х рабочей среды 2 резервуара 1 в виде кода N_х=N_н+T_хf_o, который далее проходит на блок 13 индикации и отображается.

При переполнении разрядной сетки счетчика 20 импульсов БКВ 12 в случае нарушения режима работы устройства на его выходе переноса вырабатывается импульсный сигнал, которым взводится RS-триггер 18. Формируется сигнал "Ошибка", который отображается блоком 13 индикации и информирует пользователя о недостоверной измерительной информации в данном цикле преобразования.

В следующие моменты времени падающие и отраженные упругие волны достигают свободных концов звукопровода 7, переотражаются, изменяя направление своего хода, и по мере распространения в акустической среде испытывают поглощение до полной потери энергии. После чего возможно последующее возбуждение магнитострикционного звукопровода 7 устройства. Этим условием определяется значение периода Т_опр формирования сигналов генератора 11 записи.

Использование в устройстве сдвоенных сигналообразующих элементов (4 и 9) акустического тракта повышает помехоустойчивость, а значит надежность и точность преобразования уровня путем снижения влияния помех окружающей среды. Это достигается путем текущей коррекции температурной составляющей погрешности измерения через код N_н, а также размещением поплавкового элемента 4 с сигнальными элементами 5 в закрытом резервуаре 1 с рабочей средой 2, и установка акустического тракта (7-9) за пределами резервуара 1 способствует расширению области технического использования, наделяя его возможностью работать с химически агрессивными средами. В целом это отличает предлагаемое устройство от выбранных аналогов и прототипа и позволяет обеспечить достижение положительного эффекта.

Источники информации

1. А.с. СССР №838381, G 01 F 23/28. БИ №22-81.

2. Патент РФ №2060472, G 01 F 23/28. БИ №14-96.

3. Патент РФ №2213940, G 01 F 23/28, 23/30. БИ №28-03, прототип.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для автоматизированного измерения и контроля уровня агрессивных сред в закрытых резервуарах АСУТП. Сущность: ультразвуковой уровнемер содержит резервуар 1 с рабочей средой 2 и направляющей плоскостью 3, поплавковый элемент 4 с парой постоянных магнитов 5, ограничитель 6 перемещений, магнитострикционный звукопровод 7 с отражающей нагрузкой 8, два электроакустических преобразователя 9, генератор 10 записи, усилитель 11 считывания, блок 12 кодирования и вычислений, блок 13 индикации и шину 14 управления. Изменение уровня рабочей среды 2 в закрытом резервуаре 1 вызывает изменение местоположения поплавкового элемента 4 с магнитами 5 относительно звукопровода 7, закрепленного с внешней стороны боковой поверхности резервуара 1. В процессе возбуждения звукопровода 7 сигналами генератора 10 записи на выходе усилителя 11 считывания формируются времяимпульсные сигналы, однозначно отображающие на временной оси положение поплавкового элемента 4 с магнитами 5 в резервуаре 1. В блоке 12 кодирования и вычислений производится их преобразование в цифровой код и его коррекция по температурной составляющей погрешности измерения. Блок 13 индикации отображает полученные данные. Технический результат: повышение помехоустойчивости, надежности и точности преобразования уровня жидких сред и расширение функциональных возможностей. 3 ил.

Ультразвуковой уровнемер, содержащий прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с отражающей нагрузкой на одном конце и электроакустическим преобразователем на другом и поплавковый элемент с магнитом, размещенный в резервуаре с рабочей средой, вывод электроакустического преобразователя через усилитель считывания подключен к информационному входу блока кодирования и вычислений, генератор записи, подключенный к звукопроводу, отличающийся тем, что в него введены второй электроакустический преобразователь, расположенный на звукопроводе на опорном расстоянии от первого электроакустического преобразователя и подключенный к другому сигнальному входу усилителя считывания, блок индикации, подсоединенный информационными входами к выходам блока кодирования и вычислений, другой сигнальный вход которого соединен с одноименным выходом генератора записи, подключенного к шине управления, второй магнит, закрепленный в поплавковом элементе на опорном расстоянии от первого магнита и перемещающийся внутри резервуара по уровню границы рабочей среды вдоль звукопровода в пределах действия ограничителя перемещений, причем звукопровод закреплен с внешней стороны резервуара вблизи его рабочей стенки, выполненной из немагнитного материала.