Вибрационный уровнемер Советский патент 1984 года по МПК G01F23/28 

11 Изобретение относится к технике измерения уровня жидкости сред и мужет найти применение в системах автоматического регулирования уровня с выдачей мощного аналогового сигнала, пропорционального уровню, непосредственно на исполнительный механизм. Известен частотный датчик уровня содержащий трубчатый рез.онатор, сообщающийся с емкостью, систему возбуждения и съема колебаний резонатора, усилитель и измеритель частоты Cl 3. Недостатками устройства являются невозможность использования при измерении уровня жидкости в резервуарах, находящихся под давлением и зна чительная погрешность, обусловлен- ная нестабильностью фазовых характеристик элементов в цепи прямого преобразования. Наиболее близким к предлагаемому устройству является вибрационный уровнемер, содержащий резонатор в форме одинарного камертона, систему возбуждения колебаний резонатора цепь обратной связи, состоящую из знакочувствительного блока вычитания частот, опорного генератора, дис кретно-аналогового преобразователя пропорционального преобразователя пе ремещений, шток которого выполнен в виде одинарного камертона с конусньп ш наконечниками на ветвях, размещенного внутри ветвей камертонного резонатора 2 }. Недостатком известного устройства является невозможность измерения уровня жидкости, находящейся под любым давлением или разряжением. Другим недостатком устройства является введение механических элементов в колеблющуюся жидкость, что также ограничивает область измеряемых жидкостей из-за возможности оседания твердой фазы на вводиьшх механических элементах, что может привес ти к срыву колебаний резонатора. Третьим недостатком устройства является узкий диапазон измерений, величина которого не превышает 0,24 длины резонатора. Цель изобретения - расширение диапазона измерений и функциональных возможностей. Поставленная цель достигается тем, что, в вибрационном уровнемере содержг1щем трубчатый камертонный резонатор, систему возбуждения коле22баний резонатора, цепь обратной связи, состоящую .из знакочувствительного блока вычитания частот, выход ко-торсго подключен к входу дискретноаналогового преобразователя а выход последнего подключен к входу пропорционального преобразователя перемещений и к измерительному прибору, камертонный резонатор выполнен в виде двух трубчатых сдвоенных камертонов, имеющих общие цилиндрические ос .нования и ветви, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом вторая ветвь также снабжена системой возбуждения колебаний, а каждое общее основание разделено двумя радиальньми перегородками и крьпвкой в торце основания на четьфе полости, каждая из которых сообщается с соответствукицей ветвью камертона и подводящим патрубком, причем ветви одного камертона через подво- дящие патрубки сообщаются с контролируемой емкостью, а ветви другого частично заполнены эталонной жидкостью и через подводя цие патрубки сообщаются с внутренней полостью герметично установленного на патрубках сильфона, днище которого механически связано со штоком пропорционального преобразователя перемещений, а выходы систем возбуждения колебаний камертона подкшочены к входам блока вычитания частот. На фиг, 1 представлена блок-схема вибрационного уровнемера; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1. Уровнемер содержит два сдвоенных трубчатых камертона 1 и 2, имеющих общие основания 3 и 4 и ветви, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Общяе основания 5 и б разделены крьшкой в торце 7 основания на четыре полости 8-11, первые две из которых на нижнем основании камертона сообщаются с ветвями первого камертона и патрубком 12, на котором герметично установлен сильфон 13, а на верхнем общем основании с патрубками 14 и 15 либо открытыми в атмосферу, либо соединенными с контролируемой емкостью в верхней ее части. Вторые две из перечисленных вьш1е полостей на нижнем и верхнем основании сообщаются с ветвями второго камертона и с помощью патрубка 16 - с контролируемой емкостью 17 в нижней и верхней ее частях. Первый камертон и сильфон заполнены эталон3ной жидкостью 18, а второй камертонконтролируемой жидкостью 19. Темпера туфы обеих жидкостей выравниваются з счет теплообмена через радиальные пе регородки основания. Измерительная система включает систему возбуждения колебаний первого камертона, состоящую из приемника 20 и возбудителя 21, подключенных к усилителю 22 по автогенераторной схеме. Система возбуждения ко лрбаний второго камертона включает приемник 23 и возбудитель 24, подклю ченные к усилителю 25. Выходы систем возбуждения обоих камертонов подключены к знакочувствительному блоку 26 вычитания частот, выход которого подключен к дискретно-аналого вому преобразователю 27, а выход последнего подключен к измерительному прибору 28 и пропорциональному преобразователю 29 перемещения, шток 30 которого механически связан с днищем сильфона. Уровнемер работает следующим образом. Камертоны 1 и 2 возбуждаются на резонансной частоте, когда сигнал с приемника 20 через усилитель 22 поступает на возбудитель 21, чем дополняет рассеивание колебательной энергии камертона 1 и поддерживает его н затухающие колебания с частотой -f . Аналогично сигнал с приемника 23 через усилитель 25 подается на возбуди тель 24, который пополняет потери колебательной энергии камертона 2 и поддерживает незатухающие колебания его ветвей с частотой 2 Эталонная жидкость 18 перед измерением с помощью сжатия сильфона 13 устанавлива ется на необходимом .уровне, который соответствует равенству частот камертона 1 с эталонной жидкостью и пустого камертона 2. Контролируемая жидкость 19 поступает из емкости 17 через патрубок 16 в камертон 2. В результате этого частота камертона начинает уменьшаться и в блоке 26 выделяется разнос ь частот соответствукяцего знака, которая преобразуется в аналоговый сигнгш в преобразо вателе 27, который, поступая на вход преобразователя 29, вызывает пе ремещение его штока 30 в направлении сжатия сильфона 13, который вы724тесняет из своей внутренней полости в ветви камертона 1 часть эталонной жидкости 18. Этим вызывается увеличение ее уровня в ветвях. Увеличение уровня, а следовательно, и уменьшение частоты камертона 1 происходит до тех пор, пока его частота ,не сравняется с частото1Ч камертона 2. В этот момент измерительный прибор 28 зафру сирует значения аналогового сигнала, соответствующее величине измеряемого уровня.Указанный сигнал может быть подан непосредственно на исполнительный механизм в систему регулирования уровня жидкости 19 в емкости 17. Необходимо отметить, что температурные уходы частот камертонов 1 и 2 взаимокомпенсируются в блоке 26 вычитания частот. Если патрубки 14 и 15 соединить с верхней частью емкости 17, то аналогично температуре будет компе,нсироваться давление над эталонной жидкостью и над контролируемой жидкостью в камертонах 1 и 2. Предлагаемый вибрационный уровнемер обладает более широкими функциональными возможностями по сравнению с известными вибрационными уровнемерами компенсационного типа, так как позволяет производить измерения под Любым давлением в условиях изменяюнщхся температур, вибраций, ударов и действия других информативных параметров. Реализация вибрационного уровнемера не требует затрат, превышающих затраты на аналогичные устройства. Он может быть построен на стандартных элементах автоматики и электроники, таких как электромагнитные возбудители и приемники колебаний, усилители, смесители частот, дискретно-аналоговые преобразователи на -базе реверсивных интеграторов, пропорциональные преобразователи силы, силь-, фоны, камертонные чувствительные элементы. Измерительная схема, построенная на интегральных микросхемах, позволяет до минимума сократить габаритные размеры вибрационного уровнемера. Расположение ветвей камертонов во взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет повысить чувствительность за счет полной независимости начальных частот камертонов, т. е. отсутствует явление захватыва- ния.

ВИБРАЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий трубчатый камертонный резонатор, систему возбуждения колебаний резонатора, цепь обратной связи, состоящую из знакочувствительного блока вычитания частот, выход которого подключен к входу дискретно-аналогового преобразователя, а выход последнего подключен к входу пропорционального преобразователя перемещений и к измерительному .прибору, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функциональных возможностей, камертонный резонатор выполнен в виде двух трубчатых сдвоенных камертонов, имеющих общие цилиндрические основания и ветви, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом вторая ветвь также снабжена системой возбуждения колебаний, а каждое общее основание разделено двумя радиальными перегородками и крьшкой в торце основания на четыре полости, каждая из которых сообщаются с соответствукндей ветвью камертона и подводящим патрубком, причем ветви одного камертона через подводящие г патрубки сообщаются с контролируемой емкостью, а в.етви другого частично О) заполнены зталонной жидкостью и через подводящие патрубки сообщаются с внутренней полостью герметично установленного на патрубках сильфона, днище которого механически Связано со штоком пропорционального преобразователя перемещений, а выходы сисю тем возбуждения колебаний камертона подключены к входам блока вычитания частот. s| 1C