Ультразвуковой уровнемер Советский патент 1991 года по МПК G01F23/28 

Изобретение о i поется к нефтехимической и газовой промышленности, в частности к измерению уровня нефтепродуктов и СЖИАСННЫХ 1азов.

Цепь изобретения - повыиение быстродействия и динамической точности измерения при одновременном снижении annapaiypubix затрат.

На чертеже представлена блок-схема уровнемера.

Уровнемер содержит излучметь 1 ультразвука, измеригеаьныи приемно- усилительныи блок 2, опорный приемно- усилительный бчок J, опорный преобразователь 4, состоящий из RS-ipurre- ра 5, элемента И 6, двоичного счетчика 7, peiitcipa 8 и прав 1яемо1 о дели те 1Я 9 с переменным ктчфпмисн м деиния, измерительный i i - гель 10, состоящий из RS-грш i ера 1 элемента И 12, счетчик) 1. рьлчггр 14 и целит е т 15с перемены i i о э 1- фициенгом деления, lenepiiop 16 1- говых импульсов, пешие ч 1, S- триггер 18, элементы Н г п 21, 1- чигающии 21 и 1} е i- чики .

Изпучагеть 1 Р ч ч i i p i. гп- чески связан е пг иечно- с и ы г чтгп- ми блоками 2 и 3. BIP

ПОДКЛЮЧ1Н К Т i Орым B «OIiM П|

зователей 4 и 10, а б i к первому входу преобрашш: i Третьи вхог;ы npeo6pa3iBi е н i i

t i ж i

i

C

Ю

.1

GO СД

10 соединены с выходом генератора 16 тактовых импульсов, к которому также подключен вход делителя 17 частоты, выход которого подсоединен к четвертым входам преобразователей 4 и 10. Первый выход преобразователя 4 соединен с S-входом RS-триггера 18 и первым входом элемента И 19, второй вход элемента И 19 подключен к прямому выходу триггера 18, установочным входам вычитающего сч етчика 21, нулевым установочным входам счетчика 22 и первому входу элемента И 20, второй вход которого подсоединен к первому выходу преобразователя 10, а выход элемента И 20 соединен со счетным входом счетчика 22, выход которого подключен к выходу уровнемера. Выход элемента 19 соединен со счетным входом вычитающего счетчика 21, выход сигнала заема которого подключен к R-входу триггера 18.

В преобразователе 4 S-вход и R- вход триггера 5 соединены соответственно с первым и вторым входами преобразователя 4, прямой выход триггера 5 подключен к входу элемента И 6 и нулевому установочному входу счетчика 7, выходы которого соединены с информационными входами регистра 8, вход синхронизации которого подключен к обратному выходу триггера 5. Выходы регистра 8 соединены с управляющими входами делителя 9 с переменным коэффициентом деления, частотный вход которого подсоединен к четвертому входу преобразователя 4, выход переполнения счетчика делителя подключен к второму выходу преобра- зог.ателя 4.

Измерительный преобразователь 10 выполнен аналогично опорному преобразователю 4 за исключением того, что в нем отсутствует второй выход.

Устройство работает следующим образом.

Излучатель 1 ультра вука периодически возбуждается на собственной резонансной частоте импульсами, поступающими с второго выхода преобразователя 4, образующимися в результате деления частоты FQ генератора 16 тактовых импупьсов делителем 17 и счетчиком-делителем делителя 9.

Возбужденные ультразвуковые колебания достигают приемно-усилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в электрические сигналы, которые после

5

0

0

5

усиления воздействуют на преобразователи 4 и 10. Момент прихода ультразвуковой волны на измерительный при- емпо-усилительный блок 2 определяется значением измеряемого уровня, а на приемно-усилительный блок 3 - базовым расстоянием. Значение уровня . измеряется относительно места положения опорного приемно-усилительного блока 3.

Рассмотрим работу преобразователя 4 .

Триггер 5 каждый цикл посылки зондирующего импульса устанавливается одновременно с возбуждением излучателя 1 ультразвука импульсом с второго выхода преобразователя 4 в состояние 1.

При достижении ультразвуковой волной опорного ириемно-усинительного блока 3 триггер 5 опрокидывается л состояние О сигналом с выхода блока 3. Импульсы с выхода триггера 5 пЪступают на вход элемента И 6, на второй вход которого поступают импульсы генератора 16 тактовых импульсов. Выход элемента И 6 подсоединен к суммирующему счетчику 7, каждый цикл которого устанавливается в нулевое состояние передним фронтом импульса с триггера 5.

Таким образом, на суммирующем счетчике 7 каждую посыпку зондирующего импульса регистрируется число, пропорциональное базовомчг расстоянию

NH

t т

И

(1)

где FO - частота генератора тактовых импульсов,

Тц - время прохождения ультразвуковой волны от излучателя 1 до опорного приемно- усилительного блока 3. Это число по окончании счета переносится в регистр 8 и хранится в нем до конца следующего цикла, определяя значение переменного коэффициента деления управляемого делителя 9 частоты.

На частотный вход управляемого делителя 9 поступают импульсы частоты F0( поделенной делителем 17 в 2 раз. Таким образом, на первом выходе преобразователя 4 образуются импульсы частоты

- и „n + m

(2)

где n, m - чиста разрядов делителей

9 и 17 соответственно. Частоту имиупьсов зондирования

f L°

7. ,-. n + m

выбирают исходя из конструктивных особенностей блоков 1 , 2 и 3 и расстояния между ними путем подбора чис ла разрядов m делителя 17.

Поскольку частота f-j. совпадает с частотой, снимаемой с младшего раз ряда счетчика делителя управляемого частотного делителя 9, исключается ошибка от неравномерности распределения импульсов при преобразовании числа NU в частоту Гн. ПОГРЕШНОСТЬ от неравномерности распределения импульсов можно также уменьшить, после дователыю включив между выходом делителя 9 и выходом 1 преобразователя 4 дополнительный делитель частоты на 1-3 разряда.

Преобразователь 10 работает аналогично преобразователю 4. На его выходе формируется частота

fb

т,1/ m

L«2lLb ,

,

где Т - время прохождения ультразвуковой вопны от измерительного приеМНР-усилительного блока 2 до опорного блока 3, которое пропорционально измеряемому уровню. Импульсы с первого выхода преобразователя 4 поступают на S-выход триггера 18, переводя его в единичное состояние. Одновременно эти же импульсы поступают на элемент И, на второй вход которого подается разрешающий строб с триггера 18. Передний фронт этого строба записывает в вычитающий счетчик 21 число К, равное базовому расстоянию Н, например, в миллиметрах.

Это число устанавливается при паспортизации каждого уровнемера с помощью специальных переключателей или перемычек. Импульсы с выхода элемента И 19 подаются на вычитающий счетчик 21 до тех пор, пока он не перейдет в нулевое состояние. Импульс заема, вырабатываемый при этом поступает на R-вход триггера 18, переводя его в нулевое состояние. Таким образом, на выходе триггера 18

образуется строб, длитепьность которого равна

,

(5)

т ь - к;2

° Ги

10

15

Этот строб поступает на элемент И 20, причем передний фронт строба вызывает обнуление счетчика 22. На второй вход элемента И 20 подаются импульсы частоты f с преобразователя 10, которые за интервал То подсчитываются суммирующим счетчиком 22.

Таким образом, по окончании строба в счетчике 22 формируется число

, гит тч ,

N,

Ьы

TVfw

к 2

F т/

„ П4ГТ1

- 20

-И:(6)

,

25

30

35

40

45

50

55

Это число по заднему фронту строба передается на выход уровнемера.

Очевидно, что если К-коэффициент, заносимый в счетчик 21 в начале очередного цикла счета, - будет численно равен базовому расстоянию, например, в миллиметрах, то N Вь, будет равно измеряемому значению уровня также в миллиметрах. Так как значение уровня вычисляется через отношение , то, как видно из формулы (1), на точности предлагаемого уровнемера не будут сказываться дестабилизирующие поз- действия, например, изменение скорости ультразвука, изм-енение внешней среды, уход генератора тактовой частоты.

Формула изобретения

Ультразвуковой уровнемер, содержащий излучатепь ультразвука, измерительный и опорный приемно-усипнтель- ные блоки, акустически связанные с излучателем ультразвука, генератор тактовых импульсов, делитель частоты, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, первый и второй RS-триггеры, S-входы которых соединены с входом излучателя ультразвука и выходом измерительного приемно-усилитепыюго бчока соответственно, а R-входы свяшны с выходом опорного приемно-усилительно- го блока, первый и второй ттемонты И, одни входы которых подсоединены к выходу генератора тактовых импульсов, а другие входы соогнетеiпенно подключены к прямым выходам

Изобретение снносигся к нефтехимическом и газовой промышленности, в частости к процессам измерения уровня нефтепролук топ и сжилсенннх газов. Цепь изобретения - повышение бысгродеисгвия и динамическоп гочносги измерения при одновременном спи/копии аппаратурных затрат. Уровнемер содержит излучатель 1 %ni тратим i, 1- - мерительный приемно-уситигечьн п блок 2, опорный приемно-м ичи гепып m блок 3, опорный преобразопчiеп -t, состоящий из RS-ipiurepa 5, i ieN нт И 6, двоичного счетчика 7, perncipi 8 и управаяемого делителя 9 е переменным коэффициентом пс чиня, п i епьныи преобразова г е ть 10 еостоя imi из RS-грипера 11, эчеменп И 12, счетчика 13, ретиетра 14 и ичите гн 15 с переменным кооффш иенгом тс юннч, Уровнемер также содержи i eiu p i i p I ПКЮВЫХ ИМПУЛЬСОВ, ДРЧИТ1 I I 7, I Sipniiep 18, элементы И 19,20, пн им- юиши и суммир ю111ин счегчшп 21, . 1 ил. (Л С