Устройство для измерения уровня веществ в емкостях Советский патент 1993 года по МПК G01F23/28 

индикатор (28), 1 индикатор граничных зна- чений (29). Блок управления содержит 1 генератор импульсов (5), 3 триггера (6,7,8), 3 ключа (9,10,11), 4 формирователя управляющихимпульсов(12,13,14,15). 5-9-6-10-7-11-815-23-1-24-25-17-20-19-27-29, 7-14-18-16-21- 19-28,6-12-17-27,6-13-19,7-13-16,5-26,5-10, 5-11, 8-9, 8-12, 18-19, 17-26, 18-2-21, 3:27, 22-20.4 ил. :

Сущность изобретения: устройство содержит: 1. блок ультразвуковых преобразо- вателей(Г), 1 генератор импульсов (2),.1 блок критических значений (3), I блок управления (4), 2 триггера (16. 17). 1 генератор тактовых импульсов (18), 1 реверсивный счетчик (19), 1 селектор (20), 1 ключ (21), 1 генератор опорной частоты (22), 1 генератор зондирующих импульсов (23), 1 усилитель (24), 1 формирователь импульсов (25), 1 регистратор (26), 1 сравнивающее устройство (27), 1 цифровой

Изобретение относится к контрол.ьно - измерительной технике, в частности к уров-; н:емё.рам, и может .быть использовано в строительстве, пищевой, химической и нефтеперерабатывающей промышленности. . : ;: Известно устройство для контроля

уровня жидкости, содержащее приемно-из- лучакзщий акустический преобразователь, установленный .на стенке резервуара, им- :;пульс;ный генератор, селекторный; и. ре- гяс трирующий. блоки, детектор, каскад отсечки, .дифференцирующедиодйый формир оватёль триггер, блок задержки. - . ,:,: ; Устройство позволяет контролировать уровень Жидкостина основе измерения вре

мени распространения ультразвука. ; : (. Недостатком; устрбйства является низ- /кая очностЬ измерения. ;.:;.

.:: Намболее близким по технический сущ- нрсти является устройство для контроля

уровня жидкости, содержащее ультразвуковые излучатель и приемник,- соединенный через; блок запрета, формирователь имлули сов и элемент И.со входом триггера, реверсивный сч:етчик, подключенный через второй триггера с регистратором, суммируюЩий счетчик и кварцевый генератор. ; Это устройство обеспечивает измерение уровня жидкости в виде некоторого показателя, пропорционально измеряемому уровню жидкости, путем фиксации временного отрезка между излучением ультразву- кового импульса и серединой первого полупериода принятого сигнала. С Недостатком существующего тёхниче- /СкОСо решения, является- наличие погрё.ш- ности Дг из-за фиксирования- временного отрезка не по моменту вступления.инфор- мациоиного сигнала (порогу Срабатывания формирователя Unopor), а по середине пер- .вого полуперйода этого сигнала. В дополнение к этому следует отметить,, что величина этой погрешности не является постоянной и может значительно изменяться при распространении ультразвукового сигнала в средах с различной плотностью и при изменении расстояния между ультразвуковыми пьезопреобразователямй и поверхностью (уровнем) контролируемого вещества. Это

объясняется тем, что в средах с меньшей плотностью высокочастотные составляющие спектра принимаемого сигнала поглощаются более эффективно, чем в средах с

большей плотностью. Данное явление выражается в формировании более низкочастотного информационного сигнала, а значити увеличении Отрезка времени от вступле- ния информационного сигнала до середимы первого полупериода (дополнительной

. ... ... : ...-- AtiДПч - V;-: :-

погрешности ,г-). ;;.;:

Вторым недостатком этого устройства является отсутствие автоматической сигнал из.зции критическйх и измеряемых

уровней жидкостей в резервуарах-максимально и минимально допустймо.й его &в- л:ичйны. Этот недостаток, вызы&ает Необходимость непрерывного наблюдения

за показаниями регистратора, что влечет за собой необходимость выделения специальной штатной единицы на предприятии. , : - Третьий: недостатком существующего устройства является индикация результата

измерения, который равняется двойной измеренной величине за счет: прохода ультразвуком расстояния излучатель поверхность жидкости - приемник. Это

вызывает необходимость последующей о0работки данных измерения,

Целью изобретения является обеспечё

ние измерения уровня вещества в емкостях с непосредственной индикацией этой величины, повышение точности измерения,

обеспечение индикации критических уровней веществ в емкостях,

Доставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее излучающий и приемные ультразвуковые преобразователи, генератор зондирующих импульсов, подключенный к излучателю, первый и второй триггеры, формирователь импульсов, подключенный k первому входу второго триггера, селектор, генератор опорной час-

тоты, регистратор, реверсивный счетчик и сравнивающее устройство, к четвертому входу которого подключен первый вход первого триггера, введены блок управления, усилитель, включенный блок управления,

усилитель, включенный между приемником и формирователем импульсов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, первый генератор импульсов и. ключ, цифровой индикатор, блок критических значений, и блок индикации граничных значений, ко входу которого подключен выход сравнивающего устройства, к первому, второму и третьему входам которого, подключены соответственно первый и второй выходы блока критических значений и второй выход цифрового индикатора, к перво-. му и четвёртому входам реверсивного счетчика подключены соответственно выход селектора и выход генератора тактовых импульсов, соединенный также с первым и вторым входами первого триггера, выход которого подключен ко второму входу ключа, ко второму и первому входам селектора подключены соответственно выход генератора опорной частоты и второй выход второго триггера, первый выход которого соединен также с первым входом регистратора, при этом блок управления выполнен в виде второго генератора импульсов, трех ключей, трех триггеров и четырех формирователей управляющих импульсов, выходы которых.соединены соответственно со вторым входом второго триггера, третьим входом реверсивного счетчика и входами генератора тактовых импульсов и генератора зондирующих импульсов, второй и первый выходы второго генератора импульсов соединены соответственно со вторым входом регистратора и первыми входами первого, второго и третьего ключей, выходы которых подключены ко входам соответствующих триггеров, первые входы триггеров соединены со вторыми входами соответственно второго, первого и третьего ключей, причем второй выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго формирователей управляющих импульсов, второй выход второго триггера подключен ко второму входу второго и входу третьего формирователей управляющих импульсов, а второй выход третьего триггера соединен со вторым входом первого и входом четвертого формирователя управляющих импульсов.

На фиг, I представлены формы сигналов, формирующиеся при измерении уровня известным (а) и заявленным (б) устройствами; на фиг.2 - блок-схема устройства; на фиг.З - его основные временные диаграммы работы; на фиг.4 - временные диаграммы работы блока автоматики.

Устройство для измерения уровня веществ содержит блок 1 ультразвуковых преобразователей, состоящий из излучающей

и приемной частей, первый генератор импульсов 2, блок критических значений 3, блок управления 4, состоящий из второго генератора импульсов 5, трёх триггеров

5 6,7,8, трех ключей 9, 10,11, четырех формирователей управляющих импульсов 12, 13, 14, 15 и соединенный с первым триггером 16 через генератор тактовых импульсов 18 и со вторым триггером 17, реверсивный счет10 чик 19, соединенный с селектором 20, ключом 11 и, через селектор 20, с генератором опорной частоты 22, генератор зондирующих импульсов 23, связанный через блок 1 ультразвуковых преобразователей с усили15 телем 24, подключенным к формирователю

25 импульсов, регистратор 26, соединенный со сравнивающим устройством 27. цифровой индикатор 28; индикатор 29 граничных значений. :...

0 .. . . -.-,. .. . . ,;. ..: , .

Устройство для измерения уровни веществ работает следующим образом.

Блок 1 ультразвуковых преобразователей устройства, состоящий из приемной и

5 излучающей частей, устанавливается в необходимом месте на резервуаре с вещёет- вом. На первом генераторе импульсов 2 устанавливается число - высоте резервуара для вещества. В режиме генерации

0; генератор импульсов обеспечивает выдачу импульсов с фиксированной частотой fi). На блоке 3 эталонных значений устанавливается максимально и минимально допустимые уровни вещества в резервуаре. В момент

5 включения устройства схема регистратора

26 устанавливается в такое положение, при котором его выходной потенциал разрешает генерирование управляющих сигналов : вторым генератором 5 импульсов блока уп0 раеления 4. Работа узлов блока автоматики заключается в следующем. Генератор 5 является генератором последовательности : импульсов с внешним управлением (регистратора 26). Выходные импульсы генератора

5 5 управляют tpnrrepaMK 6,7,8, с привлечением ключей. 9, 10, 11. При этом, выходной потенциал триггера 6 Управляет входом раз- решения ключа ТО,, выходной потенциал триггера 7 управляет входом разрешения

0 ключа 11, и триггер 8 - ключом 9.,В результате такого соединения триггеров и ключей последовательность импульсов генератора 5 преобразуется в последовательность импульсов на выходах триггеров б, 7, 8 таким

5 образом, что положительные перепады этих триггеров, ;в совокупности С коммутацией входов выходных формирователей управляющих импульсов .f2--15 обеспечивает необходимую последовательность, сигналов на -.

выходе блока автоматики 4,

В результате первый сигнал блока автоматики устанавливает первый триггер 16, второй триггер 17, генератор 18 тактовых :импульсов И ревёрсйвный счетчик 19 в йс- .ходное состояние, При этом селектор 20 и ключ 21 находятся в закрытом состоянии и импульсы генератора 22 опорной частоты и лервого генератора импульсов 2 не проходят- на вход реверсивного счетчика 19. Причем, частота следования импульсов генератора 22 в два раза ниже частоты генератора импульсов, . V...

Второй сигнал блока 4 управления запускает генератор 18 тактовых импульсов, который устанавливает реверсивный счетчик 19 в;режим сложения, опрокидывает первый триггер 16 таким образом, что его потенциал открывает ключ 21, и запускает генератор N импульсов,,В результате в реверсивный .счетчик 19. записывается число импульсов N, пропорциональное.высоте Н резервуара. Для.жидкости. , .. ;.;..

. Второй сигнал генератора 1& тактовых импульсов вт.орично опрокидывает первый триггер 16, тем самым закрывая ключ 21, и переводит реверсивный счетчик в режим

;в:ычитанйя.;:-:;.;--:...:-;; :.:.;. .- . Третий, сигнал блока автоматики, запускает генератор 23 зондирующих им- пульсов.и одновременно-о прокидывает

. второй триггер 17,. При этом потенциал, второго триггера воздействует на селектор 20,, обеспечивая прохождение счетных импульсов от генератора 22 опорной частоты -на вход реверсивного счетчика 19..

.. . Излученный зондирующий импульсфас- пространяется в воздушной среде до поверхности жидкости в резервуаре, отражается от поверхности и( распространяясь вверх, воздействует на приемную часть блока ультразвуковых преобразователей. (В результате переотражения зондирующий сигнал проходит путь, равный (Н-п)х2). Усиленный

V Фор мул а и з о б р е т е н и я , . : . Устройство для измерения уровня вещества в емкости, содержащее излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи,-генератор зондирующих импульсов, подключенный к излучателю, первый и второй триггеры, формирователь импульсов, подключенный к первому входу, второго триггера, селектор, генератор опорной,час-, тоты, регистратор, реверсивный счетчик и сравнивающее устройство:, .к четвертому

усилителем 24 и сформированный формирователей 25 пришедший сигнал воздействует на второй триггер 17, который закрывает селектор 20 и, тем самым, прекращает поступление импульсов от генератора опорной частоты 22 на вход реверсивного счетчика. Выходной перепад напряжения триггера 17, одновременно с прекращением поступления счетных импульсов, запускает

регистратор 26 результата измерения и сравнивающее устройство 27 результата измерения с эталонными значениями минимального и максимального уровней вещества в резервуарах, заложенных в блоке 3. Таким образом, на вход реверсивного счетчика в режиме вычитания приходит некоторое количество импульсов, определяемое временем распространения зондирующего сигнала по двойному расстоянию от верха резервуара до уровня жидкости. Но так как частота генератора 22 в два раза ниже частоты генератора 2, то от коли- чества импульсов N, характеризующих высоту резервуара Н, будет отнято количество

импульсов N, которое характеризует высоту пустоты в резервуаре (H-h)/ .. - v V

В результате реверсивный счетчик будет содержать количество импульсов, которое пропорционально высоте жидкости h в резервуаре. Цифровой индикатор 28 представит измеренную величину в цифровом виде, а индикатор 29 граничных (критиче . ских) значений веществ в резервуаре

представит измеренную величину в качественной форме. Например, при допускаемом уровне вещества в резервуаре горит зеленая лампа, при минимальном уровне зажигается красная, а при максимальном желтая. По истечении времени индикации регистратор 26 вырабатывает сигнал, запускающий блок управления 4 для следующего процесса измерения..

входу которого подключен первый выход первого триггера, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью обеспечения определения текущих, и критических значений уровня и повы- шения точности, 0 него введены блок управления,, усилитель,- включенный между приемником и формирователем импульсов, последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, .первый генератор импульсов и ключ, цифровой индикатор, блок критических значений и блок индикации

граничных значенийт к входу которого подключен выход сравнивающего устройства, к первому, второму и третьему входам которого подключены- соответственно первый и второй выходы блока критических значений и второй выход цифрового индикатора, к первому и четвертому входам реверсивного счетчика подключены соответственно выход селектора и выход-генератора тактовых им- пульсов.хюединенный также с первым и вторым входами первого триггера, выход которого подключён-к второму входу ключа, к второму и тервому входам-селектора под- ключены-соответственно выход генератора опорной частоты-и второй в ыхрд второго триггера,.первый выход которого соединен также с первым входом регистраторал при этом блок управления выполнен в виде второго генератора импульсов, первого, второго и третьего ключей первого, второго и третьего триггеров и первого, второго, третьего И четвертого формирователей-управляющих импульсов, выходы которых со :-Vv M;-;,::-Ui.

единены соответственное вторым входом второго триггерз,третьим входом рёверсив ного счетчика и входами генератора тактовых имлульсовг и генератора зондирующих импульсов, второй и первый выходы второго генератора импульсов соединены соответетЧ венно с вторым входом регистратора и .первыми входами первого, второго и третьего ключей, выходы-которых подключены к входам соответствующих триггеров, первые входы первого, второго и третьего триггеров соединены с вторым входами соответ ственно второго,. первого и третьего ключей; причем второй выход первого триггера подключен к первым входам первого и второго формирователей управляющих импульсов, второй выход второго -триггера подключен; к второму входу второгоИ-ВХОДУ третьего формирователей управляющих импульсо, а второй выход третьего триггера соединен с вторым входом первого « входом четвертого формирователей-управляющих импульсов. .

, i