МНОГОКАНАЛЬНЫЙ МАГНИТОСТРИКЦИОННЫЙ ИНДИКАТОР УРОВНЯ Российский патент 2008 года по МПК G01F23/28 G01F23/30 

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и предназначено для использования в технических системах измерения и контроля уровня технологических объектов в относительных единицах.

Известен уровнемер [1], содержащий прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с распределенной по всей его рабочей длине обмоткой и излучающего пьезоэлемента, 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 двух усилителем и формирователя импульсов, генератора импульсов и решающего блока.

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 невозможности проводить измерение и контроль уровня технологических объектов в относительных единицах. Устройства [1, 2] имеют сложный в изготовлении и дорогостоящий первичный преобразователь акустического сигнала (индикатор уровня) с распределенной обмоткой, где 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 и обладает более высокой помехоустойчивостью и разрешающей способностью относительно известного устройства [1]. Однако применяемый способ измерения не позволяет осуществлять контроль уровня одновременно в нескольких точках объекта в относительных величинах. Это ограничивает его функциональные возможности и область технического использования.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в расширении функциональных возможностей и области технического использования.

Поставленная цель достигается тем, что в многоканальный магнитострикционный индикатор уровня, содержащий блок кодирования и вычислений и опорный канал, включающий корпус индикатора, в котором соосно закреплены прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с поплавковым элементом и магнитом, разделяющие границу рабочих сред и выполненные с возможностью перемещения вдоль звукопровода в пределах ограничителя перемещений, установленного в верхней части корпуса индикатора, выше него на звукопроводе, на опорном расстоянии от его свободного конца, жестко закреплен сигнальный электроакустический преобразователь, подключенный через усилитель считывания к информационному входу блока кодирования и вычислений, дополнительно введены N измерительных каналов, идентичных опорному и подключенных к остальным информационным входам блока кодирования и вычислений, блок индикации, подключенный к соответствующим выходам блока кодирования и вычислений, блок синхронизации, подключенный к звукопроводам индикаторов опорного и измерительных каналов и входу синхронизации блока кодирования и вычислений, а его управляющий вход подключен к шине управления, источник рабочей жидкости, подключенный через трубопроводы с постоянными дросселями к рабочим полостям корпусов индикаторов опорного и измерительного каналов.

Устройство поясняется чертежом, где показана блок-схема многоканального магнитострикционного индикатора уровня.

Многоканальный магнитострикционный индикатор уровня (чертеж) содержит корпуса 1, 2 индикаторов уровня опорного и N измерительных каналов, выполненных из немагнитного материала, усилители 3, 4 считывания, источник 5 рабочей жидкости, трубопровод 6 с постоянными дросселями 7, блок 8 синхронизации, блок 9 кодирования и вычислений (БКиВ), блок 10 индикации, шину 11 управления. В корпусах индикаторов уровня опорного и измерительных каналов находятся рабочая среда 12 в виде жидкости, прямолинейный магнитострикционный звукопровод 13, поплавок 14 с магнитом 15, сигнальный электроакустический преобразователь (ЭАП) 16 и ограничитель 17 перемещений.

Источник 5 рабочей жидкости через трубопроводы 6 с постоянными дросселями 7 подключен к корпусам 1, 2 индикаторов уровня опорного и измерительных каналов. В корпусах 1, 2 каждого индикатора уровня соосно закреплены прямолинейные магнитострикционные звукопроводы 13 с поплавковыми элементами 14 и постоянными магнитами 15, разделяющие границы рабочих сред. Последние выполнены с возможностью перемещения вдоль звукопроводов 13 в пределах ограничителей 17 перемещений, установленных в верхней части корпусов 1, 2. Выше ограничителей 17 на звукопроводах 13, на опорных расстояниях от их свободных концов, жестко закреплены сигнальные ЭАП 16, подключенные через усилители 3, 4 считывания к информационным входам БКиВ 9. Его выходы подключены к блоку 10 индикации, а вход синхронизации - к одному из выходов блока 8 синхронизации. Другие выходы БКиВ 9 подключены к звукопроводам 13 индикаторов уровня опорного и измерительных каналов, а управляющий вход подключен к шине 11 управления.

Устройство работает следующим образом.

Первоначально устройство (чертеж) заблокировано и не реагирует на изменения положений поплавков 14 индикаторов уровня опорного и N измерительных каналов. Перевод устройства в рабочий режим осуществляется после подачи управляющего сигнала «Управление» по шине 11 управления. В этом режиме блоком 8 синхронизации вырабатываются импульсные сигналы с периодом Т_опр≤Т_изм, где Т_изм - время измерения уровня, которые поступают на вход синхронизации БКиВ 9, подготавливая его к работе, и в среды магнитострикционных звукопроводов 13 индикаторов уровня опорного и измерительного каналов.

В результате прохождения токовых импульсов записи через звукопроводы 13 опорного и измерительных каналов в их средах под магнитами 15 поплавков 14, регистрирующих уровни жидкости h_оп, h_x источника 5 рабочей жидкости в корпусах 1, 2 индикаторов уровня, образуются крутильные ультразвуковые волны (УЗВ) нулевого порядка (эф. Видемана).

Эти упругие волны распространяются в обе стороны по звукопроводам 13 с фазовой скоростью V_кр и в искомые моменты времени:

считываются сигнальными ЭАП 16 индикаторов уровня (эф. Виллари). Так, например, одни УЗВ от магнитов 15 поплавков 14 распространяются в стороны сигнальных ЭАП 16 и ими в некоторые моменты времени считываются. Информационные сигналы считывания ЭАП 16 усиливаются канальными усилителями 3, 4 считывания и поступают на информационные входы БКиВ 9, где преобразуются в прямоугольные видеоимпульсы, формирующие временные интервалы искомых уровней (1).

Одновременно другие УЗВ от магнитов 15 поплавков 14 опорного и измерительных каналов распространяются по звукопроводам 13 в противоположную сторону. В некоторые моменты времени достигают их свободных концов, испытывают отражение практически без изменения формы акустической волны, изменяя направление своего движения и также считываются сигнальными ЭАП 16. По этим информационным сигналам в БКиВ 9 завершается формирование временных интервалов (1) уровней и осуществляется их дискретизация частотой f_о с последующим формированием кодов опорного и измерительных уровней h_оп, h_x:

и

Далее эти коды (2) сравниваются между собой в БКиВ 9, результатом которого являются формирование информационных сигналов по N измерительным каналам соответствия или нет требуемого уровня h_оп:

и отображаются блоком 10 индикации по каждому из N измерительному каналу, который формирует световую (звуковую) информацию достижения паритетности (3) уровней h_оп=h_x.i.

Для повышения помехоустойчивости индикаторов уровня опорного и измерительных каналов устройства сигнальные ЭАП 16 закреплены на опорных расстояниях (1/2 длины УЗВ кручения) от верхних свободных концов звукопроводов 13, что позволяет формировать информационные сигналы считывания удвоенной амплитуды. Частота опроса f_опр=1/Т_опр опорного и измерительных каналов выбирается из условия времени затухания акустических волн в звукопроводах 13 индикаторов уровня. При снятии сигнала «Управление» по шине 11 управления работа устройства блокируется и оно переходит в режим ожидания. В случае возникновения сбойной ситуации по каналам измерения, приводящей к переполнению счетных схем, в БКиВ 9 вырабатывается сигнал ошибки, который отображается блоком 10 индикации, чем достигается повышение надежности устройства.

Таким образом, использование дополнительно N измерительных каналов наделяет предлагаемое устройство более широкими функциональными возможностями, позволяя производить измерение уровня в относительных единицах одновременно в нескольких точках технологического объекта, способствуя расширению области его технического использования. Это отличает его от известных аналогов и прототипа.

Источники информации

1. А.с. №838381, (СССР) G01F 23/28. БИ№22, 1981.

2. Патент РФ №2060472. G01F 23/28. БИ №14, 1996.

3. Патент РФ №2213940. G01F 23/28, 23/30. БИ №28, 2003, прототип.

Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и предназначено для использования в технических системах измерения и контроля уровня технологических объектов в относительных единицах. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области технического использования. Сущность изобретения: устройство содержит корпуса индикаторов уровня опорного и измерительных каналов 1, 2, усилители считывания 3, 4, источник рабочей жидкости 5, трубопровод 6, постоянные дроссели 7, блок синхронизации 8, блок кодирования и вычислений 9, блок индикации 10, шину управления 11. При этом в корпусах индикаторов уровня имеется рабочая среда 12, магнитострикционный звукопровод 13, поплавок 14, магнит 15, сигнальный электроакустический преобразователь 16 и ограничитель перемещений 17. Измерение и контроль уровня сводится к выставлению индикаторов уровня опорного и измерительных каналов на заданные значения уровня контролируемого технологического объекта, проведению измерения текущих значений уровней в относительных единицах, сравнению полученных результатов и выработке сигналов отклонения от заданного значения с тактовой частотой блока синхронизации устройства. Результаты измерений в виде кодовых значений, формируемые блоком 9 кодирования и вычислений, отображаются блоком 10 индикации. Технический результат: расширение функциональных возможностей и области технического использования за счет повышения надежности преобразования. 1 ил.

Многоканальный магнитострикционный индикатор уровня, содержащий блок кодирования и вычислений и опорный канал, включающий корпус индикатора, в котором соосно закреплены прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с поплавковым элементом и магнитом, разделяющими границу рабочих сред и выполненными с возможностью перемещения вдоль звукопровода в пределах ограничителя перемещений, установленного в верхней части корпуса индикатора, выше него на звукопроводе, на опорном расстоянии от его свободного конца, жестко закреплен сигнальный электроакустический преобразователь, подключенный через усилитель считывания к информационному входу блока кодирования и вычислений, отличающийся тем, что в него дополнительно введены N измерительных каналов, идентичных опорному и подключенных к остальным информационным входам блока кодирования и вычислений, блок индикации, подключенный к соответствующим выходам блока кодирования и вычислений, блок синхронизации, подключенный к звукопроводам индикаторов опорного и измерительных каналов и входу синхронизации блока кодирования и вычислений, а его управляющий вход подключен к шине управления, источник рабочей жидкости, подключенный через трубопроводы с постоянными дросселями к рабочим полостям корпусов индикаторов опорного и измерительного каналов.