Акустическая система непрерывного измерения уровня и расхода Советский патент 1993 года по МПК G01F23/28 

лен на строго определенном расстояний от .излучающей поверхности рефлектор для создания эталонной базы в акустическом трак- тё-эталонного акустического канала 4.

Создание эталонной базы в акустическом тракте необходимо для .непрерывного измерения скорости звука в нем, что, в свою очередь, позволяет автоматически исключать влияние на показания прибора различных дестабилизирующих факторов таких, как температура, влажность, давление, состав газовой среды и др. ...

В связи с этим на входе усилителя 5 помимо отраженного сигнала, несущего информацию об уровне, присутствует эталонный сигнал, несущий информацию о скорости звука в гззе. К электроакустическому преобразователю 3 через блок взры- возащитыподключен вход усилителя:формировате.ля 5, выход которого соединен с вычислителем 6, который в Свою очередь содержит квантователь 7, накопитель 8, пороговый селектор 9, задатчик начальных условий накопления 10,. определитель 11 местоположения эталонного сигнала на временной оси, определитель 12 местоположения информационного сигнала на временной оси, коммутатор 13, блок определения масштаба 14, формирователь выходного сигнала 15, блок преобразования сигнала уровня в сигнал расхода 16, блок задачи режима 17, генератор строби- рующих импульсов 1.8, генератор тактовых импульсов 19, аналого-цифровой преобразователь 20 температуры акустического канала, имитатор эталонного канала 21 и дешифратор22. Вычислитель бсвязан через узел гальванической развязки 23 с выходным устройством 24. Измерительная система содержит также блок управления 25 и цифровой индикатор 26.Электроакустический преобразователь 3 расположён на резервуаре 27 с контролируемой средой. Выходом измерительной системы, помимо цифровой индикации, является аналоговый сигнал постоянного тока и две уставки сигнализации. .

Акустическая измерительная система работает следующим образом. Перед началом работы с помощью блока управления 25 системе задаются исходн ые данные: диапазон измерения (любой из нормального ряда от 0-0,4 до 0-40,0 м), значение выходного токового сигнала (одно из трех значений: 0-5.0-20, 4-20 мА), функция выходного сигнала {устанавливается линейная зависимость выходного сигнала от уровня при измерении уровня или линейная зависимость выходного сигнала от расхода при измерении расхода жидкости, протекающей через канал в зависимости от его профиля), режим работы (уровнемер или дальномер), значения верхней и нижней устэвок сигнализации, параметр цифрового индика5 тора (метрьГили проценты), режим измерения (с эталонным -каналом или с термометром сопротивления). Блок управления 25 представляет собой кнопочный или галетный переключатель и управляет

0 блоком задачи режима 17, который в свою очередь управляет всеми основными узлами вычислителя 6. Основой вычислителя 6 является микропроцессор типа «1821ВМ85, объем ПЗУ - б кБ (на микросхемах типа

5 К573РФ5), ОЗУ - 4 кБ (на микросхемах типа

. К537РУ10).

Основными функциями вычислителя являются выделение информационных сигналов на фоне помех и формирование

0 выходного сигнала уровнемера (расходомера, дальномера) в цифровом виде. Кроме того, у вычислителя имеются дополнитель . ные функций, такие как формирование так-.- товых импульсов, формирование

5 стробирующих импульсов, дешифрация выходного сигнала в семисегментный код, а также преобразование линейной зависимости выходного сигнала от уровня в степенной ряд (при измерении расхода). Кроме

0 названного микропроцессора с памятью для реализации указанных функций в состав вычислителя входит специализированная большая интегральная схема (СБИС).

При включении питания генератор так5 товых импульсов 19 вырабатывает прямоугольные импульсы 28 (фиг. 2) с определенной частотой повторения в зависимости от диапазона измерения, поступающие на вход генератора зондирующих

0 импульсов, который вырабатывает, в свою очередь, зондирующие сигналы 29 в виде радиоимпульсов прямоугольной формы, поступающие на акустический преобразователь 3. Отраженные от уровня

5 контролируемой среды импульсы 30 и частично отраженные от рефлектора в эталонном канале 4 импульсы 31, а также импульсная помеха 32, имеющаяся в акустическом тракте, поступают на вход усилите0 ля-формирователя. 5. На входе усилителя также присутствуют зондирующие сигналы 29. Усилитель-формирователь 5 представляет собой два параллельно действующих усилителя с объединенными соответственно

5 входами и выходами: усилитель информационного канала с автоматической регулировкой усиления и усилитель эталонного- канала. Каждый из усилителей имеет соответствующие двтект.оры и коммутаторы для подключения стробирующих сигналов с выходов генератора стробирующих импульсов 18, На один из входов усилителя информационного канала (на вх. 2 усилителя-формирователя) поступает стробирующий импульс 33, запрещающий прохождение на выход усилителя зондирующего импульса 29 и эталонного 31, а на один из входов усилителя эталонного канала(на вх. 3 усилителя-формирователя) поступает стробирующий импульс 34, запрещающий прохождение на выход усилителя всех сиг- . налов, кроме эталонного 31. В результате на объединенном выходе усилителя-формирователя 5 появляются нормализованные видеосигналы: информационные 36 (отраженные от уровня), эталонные 35 и сигналы помехи 37, которые поступают на вход квантователя 7. На первый вход квантователя 7 с выход блока задачи режимов 17 поступают сигналы квантования 38, в результате чего на выходе квантователя 7 сигналы имеют вид: информационный сигнал 40, эталонный сигнал 39, сигналы помехи 41.

Функционирование последующих блоков вычислителя 6 осуществляется следующим образом. Сначала происходит выделение информационных сигналов на фоне помех. Для этого в накопителе 8 осу-1 ществляется суммирование всех приходящих сигналов в одноименных интервалах времени за 32 периода тактовой частоты. Так как эталонные и информационные (отражённые от уровня) сигналы представляют собой регулярные посылки, поступающие на вход накопителя с определенной частотой повторения, а сигналы помехи представляют собой хаотические сигналы, то за 32 периода накопления произойдет амплитудное превышение эталонных и информационных сигналов над сигналами помехи. На выходе накопителя 8 сигналы будут иметь вид 42. Затем порогом ограничения 43 в пороговом селекторе 9 выделяются сигналы 4.4, амплитуда которых превысила 13 единиц (т.е. сигналы в определенный момент времени присутствовали более чем в 13 периодах из 32). Для частичного сохранения информации при переходе от одного цикла накопления к другому в тех интервалах времени, где пороговым селектором 9 было зафиксировано наличие сигналов 44, вводятся начальные сигналы 45 амплитудой 5 единиц, которые с выхода задатчйкз начальных условий накопления 10 поступают на первый вход накопителя.

Выделение сигналов эталонного канала происходит одновременно с выделением информационных сигналов (сигналы 44).

Такой алгоритм накопления, запоминаний и выделения из фона помех информационных сигналов позволяет производить надежное измерение уровня в наиболее сложных эксплуатационных условиях, например при измерении уровня сыпучих и кусковых 5 материалов, загрузка и выгрузка которых сопровождается чрезвычайно большим уровнем шума (до ЮОдБ) в широком спектре частот, а также большой запыленностью и большими углами естественного откоса 10 контролируемого материала, что, в свою очередь, приводит к значительному уменьшению и флуктуации амплитуды информационных сигналов.

Далее, с выхода порогового селектора 9 5 сигналы 44 поступают на блоки 11 и 12. где 4 определяется местоположение на временной оси соответственно эталонного и информационного сигнала (сигналы 46 и 47). В блоке определения масштаба 14 операцией

0 деления числа, соответствующего времени прихода информационного сигнала (47), на число, соответствующее времени прихода эталонного сигнала (46). вычисляется масштаб времени прихода информационного

5 сигнала (48).

Выходной сигнал прибора в цифровом виде формируется в блоке 15 в зависимости , от заданного режима работы измерительной системы, В режиме измерения уровня

0 информация может быть сформирована пропорционально метрам (сантиметрам) или процентам от верхнего предела измерения, В режиме измерения расстояния фор- мируется сигнал, пропорциональный

5 метрам (сантиметрам).

Для выдачи информации на цифровой

индикатор 26 предусмотрен дешифратор 22

для преобразования сигналов в семисегментный код. Цифровой выходной сигнал с

0 выхода формирователя 15 поступает на блок 16 преобразования сигнала уровня в сигнал расхода. Если начальными условия- . ми предусмотрена работа измерительной системы в режиме измерения уровня, то #

5 цифровой выходной сигнал проходит блок 16 без изменений и поступает на узел гальванической развязки 23.

Если предусмотрена работа системы в режиме измерения расхода текущей жидко0 Сти, то, в зависимости от профиля лотка или водослива (через которые течет жидкость и над которыми размещается электроакустический преобразователь 3), при помощи блока управления 25и, соответственно, бло5 ка задачи режима 17 дается в блок 16 преобразования сигнала уровня в сигнал расхода соответствующая команда и цифровой сигнал возводится в степень, например в степень 3/2 для лотка типа Вентури,

в степень 5/2 для лотка, имеющего конусное сечение, или формируется другая зависимость, например синусоидальная для водосливов, имеющих трубное сечение.

С блока задачи режима 17 в блок 16 дается также команда на формирование цифровых сигналов, соответствующих двум уровням сигнализации.

Перед поступлением на узел гальванической развязки (основой которого может быть стройная пара) выходной сигнал в блоке 16 преобразуется в последовательный код.

Цифровой сигнал, пропорциональный уровню или расходугс выхода блока 16 через узел гальванической развязки 23 посту- пает на выходное устройство 24. Выходное устройство представляет собой интегратор и усилитель постоянного тока для формирования токового выходного сигнала, а также два релейных каскада для формирования двух уставок сигнализации (например верхнего и нижнего уровня).

В рассматриваемой системе предусмотрено измерение уровня или расхода не только р эталонным каналом, но и без него - режим работы с термометром. В этом случае в акустический тракт вводится термометр сопротивления (конструктивно он может быть вылолнен заодно с электроакустическим преобразователем 3), сигнал с которо- го, пропорциональный температуре акустического тракта, через узел взрыеоза- щиты и анэлого-цифровой преобразователь 20 поступает на имитатор эталонного сигнала 2 1, Имитатор эталонного сигнала включа- ется по соответствующей команде q блока задачи режима 17, с которого также поступает соответствующая команда на коммутатор 13. В результате этого на блок определения масштаба 14 через коммута- тор 13 поступает имитируемый эталонный сигнал, положение на временной оси которого определяется температурой в акустическом тракте измерительной системы,;

Блок взрывоззщиты может быть выпол- нен в виде набора соответствующих ограни- чительных радиоэлементов (резисторов, стабилитронов) в токоведущих цепях, которые связывают электроакустический преобразователь 3 с генератором зондирующих импульсов 1, усилителем-формирователем 5 и аналого-цифровым преобразователем температуры 20.

Таким образом предлагаемая измерительная система позволяет повысить поме- хоустойчивость и точность измерения в сложных условиях эксплуатации и повысить безопасность при контроле взрывоопасных сред.

Формула изобретения Акустическая система непрерывного измерения уровня и расхода, содержащая генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, обратимый электроакустический преобразователь, эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управления, отл ича ю ща я с ятем, что, с целью повышения помехоустойчивости и точности измерения за счет уменьшения влияния производственных шумов и повышения безопасности при контроле взрывоопасных сред, в нее дополнительно введены блок взрывозащиты и узел гальванической развязки, причем первый вход блока взрывозащиты соединен с объединенными выходом генератора зондирующих импульсов и первым входом усилителя-формирователя, а второй вход блока взрывозащиты соединен с первым входом вычислителя, при этом первый и второй выходы блока взрывозащиты соединены с соответствующимивходамиэлектроакустического преобразователя, а узел гальванической развязки включен между первым выходом вычислителя и входом выходного устройства, а вычислитель выполнен в виде квантователя, накопителя, порогового селектора, задатчика начальных условий накопления, определителя местоположения эталонного сигнала на временной оси, определителя местоположения информационного сигнала на временной оси, имитатора эталонного сигнала, коммутатора, блока определения масштаба, формирователя выходного сигнала/генератора стробирующих импульсов, генератора тактовых импульсов, дешифратора блока преобразования сигнала уровня в сигнал расхода, аналого-цифрового преобразователя температуры и блока задачи режима, причем выход усилителя-формиррвателя через квантователь, накопитель и пороговый селектор соединен с объединенным входами определителя местоположения эталонного сигнала на временной оси и определителя местоположения информационного сигнала на временной оси, выходы которых соединены с соответствующими входами блока определения масштаба, причём выход определителя местоположения эталонного сигнала на временной оси соединен с входом блока определения масштаба через коммутатор, выход порогового селектора через зздатчик начальных условий накопления соединен также с первым входом накопителя, а выход блока определения масштаба соединен с первым входом

формирователя выходного сигнала, выход (блока управления соединен с входом генератора стробирующих импульсов, а выходы его соединены соответственно с вторым и третьим входами усилителя-формирователя, второй выход блока задачи режима через генератор тактовых импульсов соединен с генератором зондирующих импульсов, а третий - седьмой выходы соединены соответственно с первым входом квантователя, вторым выходом формирования выходных сигналов, первым входом коммутатора, первым входом имитатора эталонного сигнала

0

и первым входом блока преобразования сигнала уровня в сигнал расхода, а выход аналого-цифрового преобразователя температуры соединен с вторым входом имитатора эталонного сигнала, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, при этом первый выход формирователя выходного сигнала через дешифратор соединен с цифровым индикатором, а второй выход через блок преобразования сигнала уровня в сигнал расхода и узел гальванической развязки соединен с выходным устройством.

Ти

П

Применение: изобретение относится к - измерению и контролю уровня жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом. Акустическая система позволяет повысить помехоустойчи-. вость, а, следовательно, надежность и точность измерения в сложных условиях эксплуатации за счет выделения информационных сигналов на фоне помех путем накопления и запоминания их амплитуды и Изобретение относится к измерению и контролю уровня жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом. Изобретение относится к измерениям акустическими методами и может быть использовано при автоматическом дистанционном измерении и контроле уровня жидких и сыпучих, в том числе взрывоопасных, сред в различных отраслях промышленности, а также расхода жидкостей, например промышленных сточных вод в лотках и водосливах. временного местоположения, а также позволяет расширить область применения за счет обеспечения возможности контроля взрывоопасных сред. Сущность изобретения заключается в том, что акустическая система содержит генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, обратимый электроакустический преобразователь, эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управления. Новым в акустической системе является то, что вычислитель содержит квантователь, накопитель, задатчик начальник условий накопления, пороговый селектор, блок задачи режима, определителя местоположения информационного и эталонного сигналов на временной оси, блок преобразования сигна-- ла уровня в сигнал расхода, аналого-цифро- вой преобразователь температуры и имитатор эталонного сигнала. Кроме того, с целью повышения безопасности при контроле взрывоопасных сред система содержит блок взрывозащиты и узел гальванической развязки. 2 ил. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности измерения в сложных условиях эксплуатации и повышение безопасности при контроле взрывоопасных сред. На фиг. 1 представлена структурная схема акустической системы; на фиг. 2 - эпюры напряжений. Акустическая измерительная система содержит генератор зондирующих импульсов 1, соединенный через блок взрывозащиты 2с электроакустическим преобразователем 3, к которому прикрепСЛ С 00 W Ю О СО ы

Ј

35

nfinnlnnnn пп

I

г