УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ Советский патент 1969 года по МПК G01F23/296 

li.

Изобретение относится к области измерения уровня жидкостей, меняющих свои электрические свойства, в том числе апрессивных и криогенных.

Известны ультразвуковые сигнализаторы уровня, содержащие двухщуповой ультразвуковой чувствительный элемент (вибратор-приемник), включенный в цепь положительной обратной связи автогенератора.

При расположении чувствительного элемента в жидкости положительная обратная связь через чувствительный элемент обеспечивает генерацию.

ЕСЛИ между вибратором и приемником появляется прослойка газа, коэффициент передачи чувствительного элемента падает и генерация срывается. Момент прохождения зеркалом жидкости уровня, где расположен чувствительный элемент, фиксируется по исчезновению генерации.

Однако известные сигнализаторы обладают следующими недостатками:

1)Для обеспечения повторяемости выходного сигнала необходима подстройка усилительно-преобразовательного устройства под чувствительный элемент, что позволит устранить влияние разброса отдельных элементов на работу сигнализатора.

которой коэффициент передачи максимален, и фазовая характеристика чувствительного элемента меняются. Это приводит за счет явления затягивания

к уменьшению напряжения на выходе автогенератора до величины, соизмеримой с величиной напряжения помех.

При значительном изменении температуры, плотности и сортности сдвиг фаз между входом и выходом чувствительного элемента может измениться на 180°, что приведет к срыву генерации (положительная обратная связь превратится в отрицательную). На выходе усилительно-преобразовательного

устройства формируется ложный сигнал.

В описываемом сигнализаторе уровня уменьшение напряжения на выходе автогенератора за счет явления затягивания устранено путем подачи на один из каскадов (если их несколько) пульсирующего питания и использования в контурах нелинейных конденсаторов или нелинейных индуктивностей.

Уменьшение напряжения на выходе автогенератора при изменении фазовой характеристики чувствительного элемента (ч. э.) и срыв колебаний генератора (появление ложного сигнала) при изменении сдвига фазы между выходным и входным напряжениями чувствительного элемента в предлагаемом сигнализажение на триод подается попеременно через встречно-включенные обмотки обратной связи. Благодаря переключению обмоток ликвидировано влияние разброса параметров на работу сигнализатора и устранена необходимость подстройки усилительно-преобразовательного устройства под ч. э. На чертеже приведена схема предложенного однокаскадного сигнализатора. Сигнализатор состоит из двухщупового чувствительного элемента (ч. э.), включенного в цепь обратной связи. Напряжение на вибратор ч. э. подается с обмотки Ws выходного трансформатора Тр.2. Напряжение на трансформатор Тр1 подается с приемника ч. э. Питается сигнализатор уровня от сети 6 через сетевой трансформатор Трз. Напряжения со вторичных обмоток Wi и IF трансформатора Трз, сдвинутые относительно друг друга на 180°, преобразуются в однополярные, близкие к прямоугольным импульсам с помощью диодов Д, Дг, сопротивлений RI, Rv и стабилитронов Ст1 и Сго. Коллектор триода Т через обратные связи Wi и Wi трансформатора Тр подключен через диоды Дз и Д4 к стабилитронам Ст и Сгз. Обмотки W/ и W/включены встречно (Wi- начало Я к триоду Т, конец К к стабилитрону Сг|, Wj - начало Я-к стабилитрону Сгз, конец К к триоду Т. Напряжение с обмотки 2 (Тр2) подается на детекторный мост, нагруженный на параллельно включенные сопротивление R и конденсатор С. Таким образом, на триод Т напряжение в течение одного полупериода подается через обмотку Wi и в течение второго нолупериода через обмотку W, что обеспечивает изменение фазы на 180° в течение периода. Следовательно, при работе чувствительного элемента в условиях, меняющих температуры, плотности и сортности при изменении фазы между входным и выходным напряжениями на 180°, срыва генерации не произойдет. (В худшем случае произойдет срыв генерации за полпериода питающего напрялсения). Так как в сигнализаторе уровня происходит дважды за период питающего напряжения срыв генерации, то явления затягивания генерации отсутствуют. Генерация возникает на частоте наиболее оптимальной при конкретных значениях плотности, температуры и сортности жидкости. Для обеспечения большой помехоустойчивости режим работы триода может быть выбран таким, чтобы при малом сигнале коэффициент усиления также был незначителен, что повышает соотношение сигнал/помеха. При этом возбуждение обеспечивается за счет имлульсного питания. Необходимый режим работы триода Т обеспечивается с помощью сопротивлений .R и jR2, подключаемых через диоды Да и Де к стабилитронам Сг и Сга. Сигнализатор (выход U ) при расположеии чувствительного элемента в жидкости может формировать два вида сигналов: 1)Постоянное напряжение. При этом постоянная времени RC должна быть такой, чтобы сгладить пульсацию за счет кратковременного срыва генерации (в момент переключения обмоток). 2)Импульсы напряжения со скважностью 2-5. Для этого на обмотки Wi и Wi трансформатора Тр.2 подаются импульсы с шириной, меньшей половины периода питающего напряжения. Для этого в схему ставят два стабилитрона Стз и Сг4 (показаны пунктиром). Постоянная времени RC используется для фильтрации частоты генерации. Напряжение на выходе сигнализатора и изменяется в меньших пределах, чем в сигнализаторе с питанием триода постоянным током. Срыв колебаний при такой схеме (при расположении чувствительного элемента в жидкости) исключен. В упрощенном варианте обмотки W/, Wi и цепь питания базы триода могут быть через диоды Дь Дг, Дб и Дб подсоединены непосредственно к обмоткам Wi и Wz Трз. (При этом напряжение с обмоток Wi и Wi Tpz должно быть уменьшено). При этом амплитуда напряжения на выходе сигнализатора ()меньше, чем в описанном выше .варианте. Если частота сетевого питающего напряжения мала и за время, равное половине периода питающего напряжения, параметры жидкости меняются значительно, то на выходе генератора напряжение также будет меняться (за счет явления затягивания). Для уменьшения изменения выходного напряжения в сигнализатор добавляется дополнительный резонансный усилитель, в контуре которого используется нелинейный конденсатор (варикапы или вариконды) или нелинейная индуктивность. При этом напряжение, генерируемое генератором, кроме основной частоты, содержит большое количество гармоник, что обеспечивает переход генерации на частоту, наиболее оптимальную для конкретного значения параметров жидкости. В однокаскадном сигнализаторе такой режим может быть получен при малой длине кабеля, соединяющего сигнализатор с чувствительным элементом, и при подключении параллельно одной из обмоток трансформатора Tpi вариконда или варикапа. При применении многокаскадного усилителя в сигнализаторе поочередная додача пульсирующего напряжения на триод через две встречно включенные обмотки связи осуществляется только в одном каскаде. Остальные каскады включаются по обычной схеме.

Предмет изобретения

1. Ультразвуковой сигнализатор уровня, содержащий двухщуповой чувствительный элемент (Бибратор-п:риемник), включенный в цепь положительной обратной связ.и усилителя, отличающийся тем, что, с целью новышения точности и исключения индивидуальной подстройки, коллектор транзистора одного «з каскадов усилителя нерез две встречно включенные обмотки и ограничители соединен с вторичной обмоткой сетевого трансформатора, средняя точка которой соединена с эмиттером триода. 2. Сигнализатор по п. 1, отличающийся тем, что один из контуров усилителя снабжен нелинейным реактивным сопротивлением.