Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01F23/28 

Изобретение относится к измерительной технике в энергетике, химической промышленности и других областях народного хозяйства.

Проведенные прогнозно-оценочные исследования 1 показывают, что известны ультразвуковой сигнализатор уровня жидкости 2, содержащий пьезоэлектрические преобразователи и отсчетно-регистрирую- щий блок, ультразвуковой измеритель расстояния в жидкостях 3, содержащий отражатель, эталонный и измерительный каналы, каждый из которых содержит электроакустический преобразователь, уровнемеры 4.

Недостатками указанных устройств являются ненадежность и ограниченность применения.

Наиболее близким известным техническим решением к предложенному является ультразвуковой уровнемер 5, содержащий эталонный и измерительный каналы, каждый из которых состоит из обратимого электроакустического преобразователя, включенного в цепь синхрокольца, состоящего из приемно-формирующего блока и генератора зондирующих импульсов, а также измеритель временных интервалов, индикатор, делитель и интегратор.

Недостатками прототипа являются невысокие функциональная надежность и точность измерений, особенно в агрессивных жидкостях, имеющих, как правило, твердые включения и пузырьки воздуха Оседание включений на излучающую и приемную поверхности преобразователя или наличие пузырьков воздуха приводит к рассеянию ультразвуковых колебаний и увеличению погрешности измерения

Целью изобретения является повышение точности определения уровня жидкости

Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости, содержащее емкость и обратимый электроакустический преобразователь, соединенный с регистрирующим блоком, введены инжектор, связанный с циркуляционным насосом, и магнитострик- ционный преобразователь, герметично заXI

О

ел vj

крепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя, расположенного на дне емкости, под /

углом arcsin(g-) , где Си и Ct2 скорости распространения продольных и поперечных колебаний в жидкости и твердом теле соответственно.

Новизна заявленного устройства для определения уровня жидкости заключается в совокупности признаков, позволяющих повысить точность измерений.

Существенным отличием заявленного устройства от прототипа является оборудо- вание устройства циркуляционным насосом с инжектором и магнитострикционным преобразователем.

Оборудование устройства насосом с инжектором позволяет сбивать оседающие на поверхность измерительного элемента электроакустического преобразователя твердые включения с помощью направленной струи жидкости, а ультразвуковые колебания достаточно большой мощности, излучаемые магнитострикционным преобразователем, позволяют дополнительно очищать эту поверхность от пузырьков воздуха, тем самым повышая точность измерения времени прохождения ультразвука в жидкости.

На чертеже приведена принципиальная схема ультразвукового устройства.

Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости состоит из емкости 1, содержащей инжектор 2, связанный с циркуляционным насосом 3, и магнито- стрикционный преобразователь 4, герметично закрепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя 5, расположенного на дне емкости, под углом, большим второго критического угла для продольных колебаний в жидкости; электроакустический преобразователь 5 соеди- нен с регистрирующим блоком 6.

Угол наклона инжектора и магнито- стрикционного преобразователя (вибратора) выбран менее 30° из условия полного отражения ультразвука от рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя. Мощность ультразвуковых колебаний вибратора достаточна для разрушения пузырьков воздуха на поверх- ности акустического преобразователя, но при углах более 30° часть энергии может

поглощаться этой поверхностью, что приводит к ее повреждению.

Значение второго критического угла определяется выражением

Акр arcsin (§1) ,

(D

где Си - скорость продольных колебаний в жидкости ( 1500 м/с);

Ct2 - скорость поперечных колебаний в пьезоэлементе акустического преобразователя ( 3000 м/с).

Из выражения (1) получим

Акр « arcsin (3Jjjg) 30°.

Т.о. угол падения/3 ультразвуковых колебаний на рабочую поверхность электроакустического преобразователя должен быть больше 30°, а угол наклона вибратора ( а 90- / ) меньше 60°.

Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости работает следующим образом.

В емкости 1, заполненный жидкостью, рабочая поверхность обратимого электроакустического преобразователя 5 излучает ультразвуковые колебания, которые, отражаясь от поверхности жидкости, вновь принимаются преобразователем 5 и, преобразованные в электрические сигналы, регистрируются блоком 6, который измеряет время прохождения ультразвука до поверхности жидкости и обратно.

Периодически между измерениями с помощью насоса 3 с инжектором 2 создается струя жидкости, например, с напором 3-5 атм и ультразвуковые колебания, например, с частотой 5-10 кГц от магнитострикционно- го преобразователя 4, которые направлены под углом менее 60° к рабочей поверхности электроакустического преобразователя 5 и которые очищают ее от пузырьков воздуха и микрочастиц.

Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого устройства в сравнении с прототипом, аналогами и известными устройствами заключается в повышении точности за счет снятия пузырьков воздуха и микрочастиц с рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя с помощью струи жидкости в поле ультразвуковых колебаний.

Формула изобретения

Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости, содержащее емкость и обратимый электроакустический

преобразователь, соединенный с регистрирующим блоком, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него

поверхности обратимого электроакустического преобразователя, расположенного на

Gb

т I t I iwocMUj riiriTi i VTrUJVj. IrltOridwлj vjl x

введены инжектор, связанный с циркуляци- дне емкос™ П°Д У™ом Р 2кР arcsin() , онным насосом, и магнитострикционный где Си и Ct2 - скорости распространения

преобразователь, герметично закреплен-5 продольных и поперечных колебаний в жид- ные в отверстиях емкости, причем их про- кости и в твёрдом теле соответственно, дольные оси направлены к нормали рабочей

поверхности обратимого электроакустического преобразователя, расположенного на

Gb

лj vjl x

дне емкос™ П°Д У™ом Р 2кР arcsin() , где Си и Ct2 - скорости распространения

Применение1 изобретение относится к устройствам для исследования жидкостей. Сущность изобретения. Устройство состоит из стакана 1, содержащего инжектор 2, соединенный с циркуляционным насосом 3, и магнитострикционный преобразователь 4, которые направлены под углом, меньшим второго критического угла, т.е. 30°, к излучающей пластине ультразвукового измерительного элемента 5, который соединен с отсчетно-регистрирующим блоком 6. 1 ил.