Ультразвуковой уровнемер Советский патент 1988 года по МПК G01F23/296 

со W

41 00 00

со

Изобретение относится к технике измерения уровня с помощью ультразвука и может быть применено, в частности, для измерения уровня потока воды в каналах гидромелиоративных систем.

Цель изобретения - повышение точности и упрощение конструкции.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство размещено в резервуаре 1 с исследуемой жидкостью и содержит генератор 2 импульсов возбуждения, обратимый электроакустический преобразователь 3, отражатель А кольцеобразной формы, компенсационный канал, первую схему 5 запрета, схему 6 запирания приемника, элемент ИЛИ 7, измерительный канал, состоящий из приемного пьезоэлеь ента 8, приемного устройства 9, второй схемы 10 запрета, первого триггера 11 формирования строба и первого счетчика 12 импульсов. Кроме того, устройство содержит второй триггер 13 формирования строба, соединенный с разрещаю- щим входом второго счетчика 14 им-

положение, разрешая таким образом работу третьего счетчика 16, и, пройдя через элемент ИЛИ 7, запускает генератор 2 импульсов возбуждения, причем импульсы появляющиеся на выходе элемента ИЛИ 7 начинают подсчитываться счетчиком 14.

Импульс генератора 2 преобразуется пьезоэлементом 3 в акустический, излучается, частично отражается от отражателя 4 кольцеобразной формы, принимается также пьезоэлементом 3 и, пройдя через схему 5 запрета и элемент ИЛИ, осуществляет запуск генератора 2. Освобождение от случайных импульсных помех, амплитуда ко торых превышает уровень срабатывания генератора 2 осуществляется с помощью

устройства 6 определения импульсной помехи. При этом первый импульс, появившийся на выходе схемы 5 запрета, установит на выходе третьего триггера 15 формирования стробы О

и запретит дальнейший подсчет импульсов от генератора 23 стабильной частоты третьим счетчиком 16, тем самым завершив измерение времени, необходимого для прохождения ультразвуком

Изобретение относится к технике измерения уровня с помощью ультразвука. Цель изобретения - повышение точности и упрощение конструкции. Длительность формирования логического нуля на выходе схеьы 6 запирания приемника фиксирована и обратно пропорциональна максимально возможной скорости распространения ультразвука в диапазоне рабочих температур и акустической плотности контролируемой среды. Лобая импульснг1я помеха, возникающая из-за наличия акустических шумов в измеряемой среде, в интервалах между импульсами возбуждения, формируемыми генератором 2, принимаемая злектроакустическим преобразователем 3, не нарушает работоспособность устр-ва и достоверность измерительной информации. 2 ил. (Л

пульсов, третий триггер 15 формирова- 30 удвоенного расстояния от пьезоэлеменния -строба, третий счетчик 16 импульсов, вычислитель 17, индикатор 18, генератор 19 тактовых импульсов, элемент 20 задержки, триггер 21 управления, формирователь 22 и генератор 23 стабильной частоты. I

При включении уровнемера на выходе триггера 21 управления устанавливается логический О, который запрещает работу генератора 2 импульсов возбуждения с помощью схемы 5 запрета. Первый короткий импульс, появившийся на выходе генератора 19 тактовых импульсов, обнулит содержимое счетчиков 12, 14 и 16, установит на вЕ11ходе триггера 21 управления логическую единицу, которая разрешает работу первой 5 и второй 10 схем запрета по соответствующим входам. Одновременно импульс от генератора 19 тактовых импульсов установит на выходе второго триггера 13 формирования строба логическую единицу, подготовив тем самым второй счет- 55 ш Д чий через Измерительный канал.

чик 14 к счету импульсов, а пройдя Усиленный приемным устройством 9 сигнал, пройдя вторую схему 10 запрета, установит на выходе второго триггера 13 формирования строба О, запретит

через элемент 20 задержки, одновременно устанавливает третий триггер 15 формирования строба в единичное

та 3 до отражателя 4, которое может быть выбранным, в частности, равным 2 см.

Таким образом, в дополнительном

канале осуществляется циркуляция освобожденных от помех импульсов, период следования которых обратно пропорционален скорости распространения ультразвука в контролируемой среде и

равен

6

2h6

с

(1)

где h.

. - расстояние от пьезодатчика 3 до отражателя 4;

С - скорость ультразвука в измеряемой среде.

Причем одновременно осуществляет- 5Q ся подсчет количества циркулирующих импульсов N счетчиком 14. Подсчет импульсов осуществляется до тех пор, пока на приемный элемент 8 не поступит первый импульс возбуждения, про31364889

самым счет импульсов возбуждения

та вр g ка щи

вторым счетчиком 14.

Формула измерения уровня имеет вид

(T5-t)/2, (2) где N - целое число временных интервалов Тд, формируемых калиброванным каналом, длительность которых определяется акустической плотностью измеряемой среды, укладывающихся во время измерения; t - время между принятым эхо сигналом и последующим импульсом возбуждения (фиг.2). Выразив скорость ультразвука в (2) из соотношения (1), подстановки получим

после

(N+l)- 5

Из (3) видно, что для реализации алгоритма измерения уровня необходимо измерить время t. Аппаратурное измерение времени t осуществляется с помощью триггера 11 формирования строба. Сигнал с выхода второй схемы 10 запрета устанавливает триггер 1 формирования строба в единичное состояние, разрешая тем самым счет импульсов от генератора 23 стабильной частоты первым счетчиком 12 до момента появления на запрещающем входе триггера 11 формирования строба очередного импульса запуска генератора 2 возбуждения, приходящего с выхода элемента ИЛИ 7. Таким образом осуществляется измерение времени t. Подключение счетного входа второго счетчика 14 к выходу элемента ИЛИ 7 обеспечивает измерение величины (N+1 а измерение времени Т 5 осуществляетс третьим счетчиком 16. Обработка результатов измерения по формуле (3) осуществляется вычислителем J7, результат вычисления которого индици- руется индикатором 18.

При переходе триггера 11 формирования строба из состояния 1 в О формирователь 22 вырабатывает им- пульс, поступающий на запрещающий вход триггера 21 управления, О на выходце которого запрещает работу первой и второй схем запрета. На этом процесс измерения заканчивается.

,

Счетчик 14 предназначен для счета величины N+1 где N - целое число временных интервалов, формируемых g калиброванным каналом, укладывающихся во время измерения.

Для измерения величины временного интервала Т , формируемого третьим RS-триггером 15 формирования строба,

10 предназначен счетчик 16. На S-вход третьего RS-триггера 15 формирования строба поступает сигнал от генератора 19 тактовых импульсов, прошедший через элемент 20 задержки, предназна15 ченньШ для устранения эффекта гонок и состязаний, который может возникнуть при одновременной подаче импульса установки в нулевое состояние с импульсом разрещения счета сигналов, поступающих на счетчик 16 с генератора 23 стабильной частоты. Таким образом, элемент 20 задержки предназначен для разнесения во времени импульса обнуления содержимого счетчика I6 и начала импульса разрешения счета

20

25

счетчиком 16, формируемого третьим RS-триггером 15 формирования строба. Формирование интервала Т третьим RS-триггером 15 формирования строба

завершается с появлением на выходе первой схемы 5 запрета импульса принятого эхо-сигнала, прошедшего калиброванный канал.

Схема 5 запрета представляет со-

бой трехвходовый элемент И, на один из входов которого поступает импульс со cxeNbi 6 определения импульсной помехи, представляющей собой ждущий одновибратор. Появление логического

нуля на выходе последнего совпадает с началом формирования импульса возбуждения, формируемого генератором 2 импульсов возбуждения. Длительность формирования логического нуля

на выходе схеьы 6 запирания приемника фиксирована и обратно пропорциональна максймальноЪозможной скорости распространения ультразвука в диапазоне рабочих температур и акустической плот-

ности контролируемой среды. Таким образом, любая импульсная помеха, возникающая из-за наличия акустических шумов в измеряемой среде, в интервалах между импульсами возбуждения,

формируемыми генератором 2, принимаемая пьезоэлементом 3, не нарушит работоспособность предлагаемого устройства и достоверность измерительной , информации.

ормула из

5 о б

1364889

р е т

н и я

со с ро до ст уп и хо му ро то вы к пр по ще ва вт а кл с ди т 25 б ч вы с вх т с г в л и

Ультразвуковой уровнемер, содержащий измерительный канал, выполненный в виде излучателя, приемника акустических колебаний, соединенного последовательно с приемным блоком и второй схемой запрета, дополнительный компенсационный канал, содержащий генератор, соединенный с излуча- телам и блоком запирания приемника, подключенного к первой схеме запрета, второй вход которой соединен с приемником, а также триггер формирования строба, первый и второй счетчик и индикатор, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, в него введены дополнительно кольцевой отражатель, элемент ИЛИ, элемент задержки, генератор тактовых иМпуль- сов, второй и третий триггеры формирования строба, формирователь, триггер управления, третий счетчик, генератор стабильной частоты и вычислитель, при этом кольцевой отражатель установлен соосно на фиксированном расстоянии излучателем измерительного канала, а последний совмещен с излучателем и приемником дополнительного компенсационного канала, причем первый вход элемента ИЛИ подключен к выходу первой схеьы запрета и второй вход к выходу элемента задержки, нход последнего подключен к выходу генератора тактовых импуль-

в

5

сов, а выход элемента ИЛИ соединен с генератором, со счетным входом второго счетчика и с запрещающим входом первого триггера формирования строба, выход последнего подключен к управляющему входу первого счетчика и одновременно к формирователю, выход которого подключен к запрещающе- му входу триггера управления, а второй вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причем выход триггера управления подключен к первой и второй схемам запрета, при этом выход второй схемы з апрета подсоединен одновременно к разрешающему входу первого триггера формирования строба и к запрещающему входу второго триггера формирования строба, а разрешающий вход последнего подключен к генератору тактовых импульсов, выход первой схемы запрета сое- динен также с запрещающим входом третьего триггера формирования стро- 5 ба, разрешающий вход которого подключен к выходу элемента задержки, а выход третьего триггера формирования строба присоединен к управляющему входу третьего счетчика, выход генератора тактовых импульсов соединен / также с обнуляющими входами всех счетчиков, а к счетным входам первого и третьего подключен генератор стабильной частоты, при этом выходы всех счетчиков .соединены с вычис лителем, выход которого подключен к индикатору.

0

0

5

Фаз. 2