УРОВНЕМЕР-ИНДИКАТОР Российский патент 2007 года по МПК G01F23/28 G01F23/30 

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и предназначено для использования во взрывоопасных условиях в качестве мобильного прибора измерения и контроля уровня жидких сред технологического оборудования.

Известен уровнемер [1], содержащий прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с распределенной по всей его рабочей длине обмоткой и излучающего элемента (пьезоэлемент), закрепленного на торцевой поверхности, вдоль которого перемещается поплавковый элемент с магнитом, разделяющий границу жидкой среды, а также последовательно включенные генератор электрических сигналов, усилитель и решающий блок.

Известен другой уровнемер [2], состоящий из прямолинейного магнитострикционного звукопровода с пьезоэлементом и распределенной измерительной обмоткой, заключенных в герметизированную трубку, вдоль которой перемещается поплавковый элемент с постоянным магнитом, а также два усилителя и формирователя импульсов, генератор импульсов и решающий блок.

В качестве прототипа заявленного устройства выбран уровнемер [3], содержащий прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с отражающей нагрузкой и неподвижным электроакустическим преобразователем, вдоль которого перемещается поплавковый элемент с магнитом, фиксирующий уровень раздела контролируемой среды, а также последовательно включенные усилитель считывания, блок кодирования и вычислений и усилитель записи.

Известные устройства [1-3] имеют общие недостатки, заключающиеся в недостаточной надежности, чувствительности преобразования уровня и взрывобезопасности. Устройства [1, 2] имеют сложный по изготовлению первичный преобразователь с распределенной обмоткой преобразования акустического сигнала с помехоустойчивостью не более С/Ш=2/1. Их чувствительность по перемещению соизмерима с физической длиной звукопровода. Применение пьезоизлучателя в акустическом тракте первичного преобразователя снижает общую надежность устройств из-за временного изменения параметров механического контакта «пьезоэлемент - звукопровод». Устройство-прототип [3] имеет более простую схему построения акустического тракта первичного преобразователя с высокой (в 2 раза) помехоустойчивостью и разрешающей способностью (относительно [1]). Однако применяемый способ возбуждения волн кручения в звукопроводе, когда в его среду подается токовый импульс записи, снижает взрывобезопасность, ограничивая область использования устройства.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении надежности преобразования уровня взрывоопасности при работе с жидкими средами.

Поставленная цель достигается тем, что в уровнемер-индикатор, содержащий корпус с соосно размещенным по всей его длине звукопроводом из магнитострикционного материала со свободными концами, на опорном расстоянии от одного из них закреплен выходной электроакустический преобразователь, подключенный через усилитель считывания к одному сигнальному входу вычислительного блока, генератор записи, причем соосно со звукопроводом подвижно закреплен поплавковый элемент с магнитом, фиксирующий границу контролируемой среды и выполненный с возможностью продольного перемещения, введены блок индикации, шина управления и входной электроакустический преобразователь, жестко закрепленный на опорном расстоянии на другом свободном конце звукопровода, выполненного U-образным, и подключенный через генератор записи к другому сигнальному входу вычислительного блока, соединенного с информационными входами блока индикации, управляющий вход генератора записи подключен к шине управления, при этом U-образный звукопровод с входным и выходным электроакустическими преобразователями соосно закреплен в направляющей трубке, образующей с корпусом рабочее пространство, в котором продольно перемещается поплавковый элемент с магнитом в диапазоне, заданном ограничителем перемещений, закрепленным в верхней части направляющей трубки корпуса, имеющего в нижней части отверстия для прохода контролируемой среды в его рабочее пространство.

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

Уровнемер-индикатор (фиг.1) содержит корпус 1 из немагнитного материала с направляющей трубкой 2, выполненной из такого же материала, поплавковый элемент 3 с постоянным магнитом 4, ограничитель 5 перемещений, рабочую среду 6, U-образный звукопровод 7 из магнитострикционного материала, входной и выходной сигнальные электроакустические преобразователи (ЭАП) 8, 9, генератор 10 записи, усилитель 11 считывания, вычислительный блок 12, блок 13 индикации и шину 14 управления.

В корпусе 1 уровнемера соосно размещена направляющая трубка 2 с U-образным звукопроводом, имеющим свободные концы. На его концах на опорных расстояниях закреплены входной и выходной ЭАП 8,9, подключенные к сигнальным входам вычислительного блока 12 через генератор 10 и усилитель 11 считывания соответственно. Выходы вычислительного блока 12 соединены с информационными входами блока 13 индикации, а управляющий вход генератора 10 записи - к шине 14 управления. При этом в рабочем пространстве, образованном корпусом 1 и направляющей трубкой 2 и имеющем в своей нижней части свободный проход для контролируемой среды 6, подвижно закреплены поплавковый элемент 3 с магнитом 4. Направляющим элементом здесь выступает трубка 2, в верхней части которой установлен ограничитель 5 перемещений.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство (фиг.1) находится в заблокированном состоянии. При подаче по шине 14 управления разрешающего сигнала «Управление» запускается генератор 10 записи, который вырабатывает видеоимпульсы записи заданной длительности, поступающие на выводы входного ЭАП 8 и один из входов вычислительного блока 12, и следующие с заданной частотой опроса f_опр=1/Т_опр.

По сигналу генератора 10 записи запускается одновибратор 15 вычислительного блока 12, формирующий импульс отрицательной полярности с длительностью Т_мв, перекрывающий время наводки сигнала считывания на выводах выходного ЭАП 9 в момент подачи сигнала записи вследствие взаимоиндуктивного эффекта по акустическому тракту (10→8→7→9→11). Этим сигналом удерживается в нулевом состоянии Т-триггер 17 вычислительного блока 12, и запуск его измерительного генератора 19 не производится. По этому же сигналу осуществляется запасание корректирующего кода N_н в счетчик 20 импульсов и обнуление RS-триггера 18 ошибки вычислительного блока 12.

Одновременно по сигналу генератора 10 записи посредством индуктивного входного ЭАП 8 в среде ветвей U-образного звукопровода 7 под магнитом 4 поплавкового элемента 3 возбуждаются ультразвуковые волны. Они распространяются в среде звукопровода 7 с фазовой скоростью V_кр упругой волны кручения.

В следующие моменты времени, соответствующие текущему значению уровня h_х контролируемой среды 6 (жидкости Ж) в рабочей полости корпуса 1 уровнемера, фиксируемому поплавковым элементом 3 с магнитом 4, падающие волны кручения достигнут выходного ЭАП 9, переотразятся от свободного конца U-образного звукопровода 7 и будут считаны с удвоенной амплитудой.

Это обеспечивается путем выбора опорного расстояния а, равного половине длины волны кручения, на которое устанавливается входной ЭАП 9 от свободного конца звукопровода 7.

Далее сигналы считывания усиливаются усилителем 11 и преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы требуемой длительности формирователем 16 импульсов вычислительного блока 12. На время их действия, равное

,

где R - радиус закругления U-образного звукопровода 7, переключается Т-триггер 17 вычислительного блока 12 и запускается измерительный генератор 19, вырабатывающий серию импульсов высокостабильной частоты f_o, которая подсчитывается счетчиком 20 импульсов.

В результате на информационных выходах счетчика 20 сформируется двоичный код текущего уровня N_x=Т_x·f_o, который далее обрабатывается блоком 13 индикации в виде световой (звуковой) информации. При нарушении режима преобразования, вызывающее переполнение разрядной сетки счетчика 20 блока 12, на его входе переноса сформируется сигнал, которым RS-триггер 18 ошибки устанавливается в единичное состояние, вырабатывая сигнал «Ошибка. Он информирует пользователя о недостоверной измерительной информации в данном цикле преобразования.

Падающие волны кручения, достигнув свободных концов U-образного звукопровода 7, испытывают переотражение и, распространяясь по среде звукопровода 7, испытывают затухание до полного поглощения. Из этого условия выбирается период Т_опр работы генератора 10 записи уровнемера.

Таким образом, выполнение звукопровода 3 U-образным, размещение на его конце на расстоянии, равном половине выходной ЭАП 9, позволяет первичному преобразователю уровнемера на падающих волнах кручения удвоенной амплитуды, а значит, повысить помехоустойчивость и надежность преобразования. Применение индуктивных ЭАП 8, 9 также повышает надежность устройства, его взрывоопасность и расширяет область технического использования. Это существенно отличает его от выбранного прототипа и позволяет обеспечить достижение положительного эффекта.

Источники информации

1. А.с. №838381, (СССР) G01F 23/28. БИ №22-81.

2. Патент РФ №2060472. G01F 23/28. БИ №14-96.

3. Патент РФ №2213940. G01F 23/28, 23/30. БИ №28-03, прототип.

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для использования в технологических системах измерения и для контроля жидких взрывоопасных сред в качестве мобильного прибора. Сущность: уровнемер содержит корпус 1, направляющую трубку 2 из немагнитного материала, поплавковый элемент 3 с постоянным магнитом 4, ограничитель 5 перемещений, рабочую среду 6, U-образный звукопровод 7, входной и выходной сигнальные электроакустические преобразователи 8, 9, генератор 10 записи, усилитель 11 считывания, вычислительный блок 12, блок 13 индикации и шину 14 управления. При погружении корпуса 1 уровнемера в рабочую среду изменятся положение поплавкового элемента 3 с постоянным магнитом 4 относительно U-образного звукопровода 7. Это отражается на положениях во временной области информационных сигналов, возбуждаемых и считываемых входными и выходным ЭАП 8, 9 в среде звукопровода 7, а также на результате цифрового кодирования уровня h_x, выполняемого вычислительным блоком 12. Результаты кодирования контролируемого уровня жидкости в рабочей полости корпуса 1 устройства отображаются блоком 13 индикации в виде световой (звуковой) информации. Технический результат: повышение надежности измерительного преобразования уровня и взрывобезопасности при работе с жидкими средами, повышение помехоустойчивости и расширение области технического использования. 3 ил.

Уровнемер-индикатор, содержащий корпус с соосно размещенным по всей его длине звукопроводом из магнитострикционного материала со свободными концами, на опорном расстоянии от одного из них закреплен выходной электроакустический преобразователь, подключенный через усилитель считывания к одному сигнальному входу вычислительного блока, генератор записи, причем соосно со звукопроводом подвижно закреплен поплавковый элемент с магнитом, фиксирующий границу контролируемой среды и выполненный с возможностью продольного перемещения, отличающийся тем, что в него введены блок индикации, шина управления и входной электроакустический преобразователь, жестко закрепленный на опорном расстоянии на другом свободном конце звукопровода, выполненного U-образным, и подключенный через генератор записи к другому сигнальному входу вычислительного блока, соединенного с информационными входами блока индикации, управляющий вход генератора записи подключен к шине управления, при этом U-образный звукопровод с входным и выходным электроакустическими преобразователями соосно закреплен в направляющей трубке, образующей с корпусом рабочее пространство, в котором продольно перемещается поплавковый элемент с магнитом в диапазоне, заданном ограничителем перемещений, закрепленным в верхней части направляющей трубки корпуса, имеющего в нижней части отверстия для прохода контролируемой среды в его рабочее пространство.