Ультразвуковой сигнализатор уровня Советский патент 1988 года по МПК G01F23/296 

оо со 1

00 00

|

Изобретение относится к технике контроля уровня жидкостей в технологических аппаратах нефтеперерабатывающей, химической и других отраслей промышленности.

Цель изобретения - повышение чувстви- тельности и расширение диапазона измерений.

На фиг. 1 изображена структурная схема ультразвукового сигнализатора уровня; на фиг. 2 - эпюры напряжений, поясняю- шие его работу.

Сигнализатор содержит приемно-излу- чаюший преобразователь 1, установленный на стенке резервуара с жидкостью, первое 2 и второе 3 согласуюш,ие устройства, генератор 4 радиоимпульсов, импульсный генера- тор 5, приемно-усилительный блок 6, формирующий блок 7 и каскад 8 отсечки. Приемно- усилительный блок 6 содержит каскад 9 задержки, генератор 10 строб-импульсов, селекторный усилитель II. Формирующий блок 7 содержит триггер Шмидта 12, триггер 13,кас- кад 14 совпадения, формирователь 15 импуль- сои, каскад 16 задержки и выходной триггер 17. Каскад 8 отсечки связан с сумматором 18, который соединен с интегратором 19 и делителем 20, включенным на выходе источни- ка 21 опорного напряжения и связанным с электронным ключом 22, причем интегратор подключен к выходу пикового детектора.

На фиг. 2 приняты следующие обозначения: U.4 - напряжение, формируемое гене- ратором радиоимпульсов; Uj - сигнал на выходе согласующего устройства 3; Uio - импульсы на выходе генератора 10 строб- импульсов; Ui5 - импульсы на выходе формирователя 15 импульсов; Uzi - напряжение на выходе пикового детектора 23; Ui% - напряжение на выходе интегратора 19; и,, - напряжение на выходе сумматора 18; иго - напряжение на выходе делителя 20; Ug - импульсы на выходе каскада 8 отсечки; Uiz - импульсы на выходе триггера Шмидта 12; U.,7 - сигнал с выходного триггера 17.

На фиг. 2 показаны два состояния сигнализатора: 1 - уровень жидкости ниже зоны зондирования; 2 - уровень жидкости выше зоны зондирования.

Сигнализатор работает следующим образом.

Импульсный генератор 5 периодически возбуждает генератор 4 радиоимпульсов, который настроен на определенную частоту в зависимости от толщины и материала стен- ки резервуара, обеспечивающую максимальный коэффициент пропускания стенки резервуара. Сигнал с генератора 4 проходит через согласующее устройство 3, кабель связи, согласующее устройство 2 и возбуждает пьезоэлемент приемно-излучающего преобразователя I на несущей частоте радиоимпульса. В результате на выходной обмотке

согласующего устройства 3 появляются затухающие колебания, представляющие собой взаимодействие возбуждающего сигнала и колебаний пьезоэлемента. Строб-импульс и.,0 (фиг. 2), вырабатываемый генератором 8 строб-импульса после задержки на каскаде 9, пропускает на выход селекторного усилителя 11 часть колебаний пьезоэлемента, которые поступают на каскад 8 отсечки и пиковый детектор 23. К моменту прохода сигнала с блока 11 на пиковый детектор уровень напряжения на выходе его обновляется с каждым циклом зондирования.

На выходе генератора формируется постоянный уровень напряжения несколько ниже уровня напряжения на пиковом детекторе. Причем изменение этого уровня напряжения происходит на несколько порядков медленнее, чем изменение уровня напряжения на выходе пикового детектора.

Напряжение отсечки, поступающее с сумматора 18 на каскад 8 отсечки,представляет собой сумму напряжений с интегратора 19 и делителя 20, установленного на выходе источника 21 опорного напряжения. Делитель 20 управляется электронным ключом 22 так, что при превышении амплитудой сигнала с усилителя 11 напряжения отсечки с сумматора 18, что соответствует низкому уровню жидкости в резервуаре и определенному состоянию выходного триггера 17, с делителя поступает пониженное напряжение и при помощи интегратора 19 происходит слежение за изменениями амплитуды сигнала с селекторного усилителя 11 так, чтобы соотноще- ние между амплитудой и напряжением отсечки оставалось неизменным. При изменении уровня в резервуаре выще зоны зондирования происходит резкое уменьщение амплитуды сигнала с селекторного усилителя 1 1, которая становится ниже напряжения отсечки, изменяющегося очень медленно, и в момент переключения остается практически неизменной. Начиная с этого момента импульсы и, (фиг. 2) на выходе триггера Шмидта 12 пропадают, и выходной триггер 17 переводится в противоположное состояние. В этот момент переключается электронный ключ 22, и с выхода делителя иа сумматор 18 поступает повышенное напряжение. С помощью пикового детектора 23 и интегратора 19 происходит слежение за изменениями сигнала с усилителя 11, ио уже при превыщении напряжением отсечки амплитуды сигнала с усилителя 11.

При понижении уровня жидкости триггер 13 переводится в исходное состояние в каждом цикле после окончания импульса задержки с каскада 8 задержки. Опрос состояния этого триггера производится импульсом Ui5 (фиг. 2) до окончания задержки на каскаде 9. Проходя схему 14 совпадения, этот импульс переключает в то или иное положение выходной триггер 17. Таким образом, выходной триггер 17 переключается только в моменты изменения уровня жидкости в резервуаре.

Сигнализатор обладает повышенными техническими возможностями при индикации уровня жидкости и чувствительностью к изменению уровня. Эти отличия от известных сигнализаторов позволяют использовать его в условиях больших изменений температур как контролируемой жидкости, так и окружающей среды.

Формула изобретения

Ультразвуковой сигнализатор уровня, содержащий приемно-излучающий преобразователь, импульсный генератор, пиковый детектор, каскад отсечки, формирующий блок, приемно-усиливающий блок, состо- щий из селекторного усилителя, генератора строб-импульсов и каскада задержки, сое- дииенного входом с первым выходом импульсного генератора, а выходом - с генератором строб-импульсов, который соединен с управляющим входом селекторного усилителя, причем каскад отсечки соединен входом с выходом селекторного усилителя и входом пикового детектора, а выходом - с формирующим блоком, отличающийстем, что, с целью повышения чувствительности и увеличения диапазона измерений, в сигнализатор введены первое и второе согласую

5

щие устройства, генератор радиоимпульсов, источник опорного напряжения, делитель, электронный ключ, сумматор, интегратор, а формирующий блок содержит триггер Шмидта, триггер, каскад совпадения, формирователь импульсов, каскад задержки формирук - шего блока, выходной триггер, который вхи дами соединен с каскадом совпадения. ;i выходом соединен через электронный ключ с управляющим входом делителя, вход которого соединен с источником опорного напряжения, а выход - с первым входом сумматора, к второму входу которого подключен через интегратор выход пикового депекгора, управляющий вход которого соединен с первым входом каскада совпадений и выходом формирователя импульсов, который через каскад задержки формирующего блока соединен с выходом импульсного генератора и входом каскада задержки приеммо- усилительного блока, выход которого соединен с управляющим входом триггера, его выход соединен с вторым входом каскада совпадений, а вход подключен к выходу каскада отсечки через триггер Шмидта, при этом вход генератора радиоимпульсов соединен с выходом импульсного генератора, его выход через второе согласующее устройство, линию связи и первое согласующее устройство соединен с приемно-излучающим преобразователем, дополнительный выход 0 второго согласующего устройства соединен с в.ходом селекторного усилителя, а выход сумматора соединен с вторым входом каскада отсечки.

0

5

Изобретение относится к те.хнике контроля уровня жидкостей. Цель изобретения - повышение чувствительности и рас нирение диапазона измерений. При изменении уровня в резервуаре выше зоны зондирования происходит резкое уменьшение амплитуды сигнала с усилителя 11, и эта амплитуда становится ниже напряжения отсечки, которое в момент переключения остается неизменным. С этого момента импульсы на выходе триггера Шмидта 12 пропадают и триггер 17 переводится в противоположное состояние. В этот момент переключается ключ 22 с выхода делителя 20 на сумматор 18 поступает повышенное напряжение. С помон1,ью детектора 23 и интегратора 19 происходит слежение за из- менения.ми амплитуды сигнала с уси, 1ите- ля 11. Выходной триггер 17 переключается только в моменты изменения уровня жидкости в резервуаре. 2 ил. i (Л