УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР Советский патент 1970 года по МПК G01F23/296 

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к уровнемерам ультразвукового тина, нрименяющимся в химической н атомной промышленности, гидрометаллургии для измерения уровня радиоактивных, взрывоонасных и сильно агрессивных жидкостей в емкостях и аипаратах, находяицихся под давлением и при высокой темнературе.

В известных ультразвуковых уровнемерах, содержащих ультразвуковые датчики и измерительную схему, элементы датчиков сонрикасаются с жидкостями или их парами и при замене датчиков необходимо прекращать технологический процесс, снимать давление н темнературу в аппаратах, освобождать аппараты или емкости от жидкости. Кроме того, обязательна обмывка и дезактивация датчиков уровнемеров перед их демонтажом и после демонтажа.

Предлагаемый уровнемер не имеет этих недостатков, отличается от известных тем, что в нем датчик выполнен в виде двух сниральных электромагнитных линий задержки и ультразвукового излучателя, причем обе линии задержки снабжены шайбовыми изоляторами из пьезодиэлектрического материала и заключены в одну герметичную и плоскоовальную трубу, а ультразвуковой излучатель - в другую.

Кроме того, для лучшего прохождения ультразвука в герметичных трубах с линиями задержки и излучателем размещены эластичные трубки, закрытые с одного конца и соединенные с источником сжатого воздуха, црижнмающие но всей длине соответственно изоляторы линий задержки и излучатель к рабочей поверхности труб.

На фиг. 1 представ.лена конструкция предлагаемого уровнемера; .на фиг. 2 - его блоксхема; на фиг. 3 - общий вид датчика уровнемера; на фиг. 4 и 5 - план и разрезы датчика уровнемера.

Датчик содержит две спиральные электромагнитные линии. 1 Vi 2 задержки и ультразвуковой излучатель 3.

Корнус датчика выполнен из двух плоскоовальных труб 4 и 5, имеющих дно, общий фланец 6 для установки в емкость или аппарат, кабеля 7, крышки 8 и эластичных трубок 9.

Электронный блок (см. фиг. 2) состоит из синхронизирующего генератора 10 имнульсов, генератора 11 импульсов высокой частоты, блока 12 питания, высокочастотного генератора 13 имнульсов (генератора калиброванных импульсов), генератора /4 импульсов отрицательной (или положи гельной) -полярности, усилителей 15 и 16, дифференцирующих цеией 17 и 18, электронного ключа 19, электронного

цифрового счетчика 20, ззла 21 сброса импульсов, линии 22 задержки и диодов 23-26.

Спиральные электромагиитные линии 1 и 2 задержки выиолиены следующим образом (см. фиг. 5).

На изоляциоииую трубку 27 из фторопласта-4 произведена силошная намотка спирали медным проводом 28 со стеклянной изоляцией диаметром 0,08 мм. На спиральный провод наиизаиы разрезные шайбовые изоляторы 29 из пьезодиэлектрического материала (керамика цирконата титаната свинца) и шайбовые изоляторы 30 из , которые разделяют шайбовые изоляторы пьезодиэлектрического материала. Части разрезных шайбовых пьезодизлектрических изоляторов соедиияются между собой тонким монтажным изолированным проводом. Для лучшего механического контакта со стенкой трубы изоляторы прижимаются к стенке корпуса трубы 4 по всей ее длине с иомошью тонкой трубки 9 из эластичиого материала, в которую подается сжатый воздух. Каждая спиральиая электромагнитная линия задержки соединяется с электронным блоком коаксиальным кабелем.

Ультразвуковой излучатель 3 (см. фиг. 4 и 5) размеш,ается в плоскоовальиой трубе 5 и залит кремнийорганической жидкостью или сухим трансформаторным маслом. Излучатель представляет собой стержень из меди 31, на который надеваются втулки 32 из фторопласта-4. Во втулки вставляются пьезоэлементы 33 из цирконата титаната свинца. Втулки имеют вырезы типа ласточкина хвоста для удобства крепления пьезоэлементов. Сечену:е пьезоэлементов имеет фор1му вырезов на втулках. Носледние разделяются между собой шайбовой изоляцией 34 из фторопласта-4. Пьезоэлементы соединяются между собой последовательно монтажным проводо.м.

Для лучшего механического контакта иьезоэлементов 33 со стенкой трубы 5 ультразвуковой излучатель по всей его длине прижимается к стенке трубы с помощью трубки 9. Для 3-метрового аппарата или емкости общее количество пьезоэлементов составляет 120шт.

Уровнемер работает следуюпшм образом.

СинхрОНизируюший генератор /( (см. фиг. 2) выдает короткий электрический имиульс продолжительностью 0,5-I мксек, который запускает генератор 11 импульсов высокой частоты, генератор 14 импульсов отрицательной (или положительной) полярности и высокочастотный генератор 13 импульсов через линию 22 задержки.

Генератор // выдает электрический импульс высокой частоты (1 Мгц) продолжительностью 20 мксек, который по коаксиальному кабелю ироходит на иьезоэлементы ультразвукового излучателя 3.

Высокочастотный электрический импульс возбуждает в пьезоэлементах механические колебания высокой частоты (ультразвуковые колебания с частотой 1 Мгц}. На той высоте, где иет жидкости в емкости или аппарате.

эти импульсы отражаются от наружной стенки трубы 5 корпуса излучателя и затухают. От тех пьезоэлементов, которые находятся ниже уровня жидкости в емкости или аппарате,

ультразвуковые колебания ироходят через стенку трубы 5 излучателя, затем через жидкость в емкости или аппарате, через стенку трубы 4 приемника и понадают на шайбовые изоляторы (пьезоэлементы) 29 спиральной

электромагнитной лииии 2 задержки. Наилучшие условия прохождения ультразвуковых колебаний создаются благодаря тому, что плоские степки труб имеют определенную толщину, зависящую от длины волны ультразвуковых колебаний в металле и с учетом давления в аппарате, и тому, что линии задержки и ультразвуковой излучатель в трубах 4 и 5 заливаются кремнийорганической жидкостью или сухим трансформаторны.м маслом.

При нопадании ультразвуковых колебаний на шайбовые изоляторы 29 из пьезоэлектрического материала линии 2 задержки на их гранях появляется переменный электрический заряд высокой частоты в результате преобразования механических колебаиий высокой частоты (ультразвука) в электрические колебания высокой частоты. Переменные электрические заряды на гранях шайбовых изоляторов из пьезодиэлектрика создают в спиральном

проводнике лииии задержки места неравномерного распределения электрической емкости, граница которого находится на уровне жидкости в аппарате.

Импульс от синхронизирующего генератора 10, пройдя через линию 22 задержки, запускает генератор 14 и генератор 13. Импульс от генератора 14 идет в обе линии 1 и 2 задержки одиовременно.

В линии 2 импульс доходит до границы неравномерного распределения электрической емкости, находящейся на уровне нчидкости в аннарате, и отражается. Отраженный и.миульс из линии 2 поступает на усилитель /б, затем через дифференцирующую цепь 18- на электронный ключ 19 и открывает его. Генератор 13, занущенный нмнульсом сиихроиизирующего генератора 10, выдает через открытый электронный ключ 19 калиброванные импульсы на электронный цифровой счетчик 20 импульсов.

Импульс от генератора 14, пройдя всю линию / задержки, отражается от ее конца (так как линия задержки «не подсвечена ультразвуковыми колебаниями и в ией нет мест с неравномериы.м распределением электрической

емкости), проходит в усилитель 15 и через дифференцирующую цепь - на электронный ключ 19 и закрывает его. Поступление импульсов от генератора 13 на счетчик 20 ирекращается. Каждому отрезку времени

приходом двух отраженных импульсов соответствует определенное число и.мпульсов от генератора 13, а это, в свою очередь, соответствует высоте измеряемого уровня.

Тельную машину автоматически нроизводится сброс счета импульсов с помощью узла 21 сброса счета. На этом цикл измерения заканчивается.

Диоды 23 и 24 служат для разделения отраженных импульсов, поступающих из линий 1 2 задержки, а диоды 25 и 26 - для исключения попадания измерительного (прямого) имп)льса в усилители J5 и 16 и па схему измерителя времени.

Предмет изобретения

1. Ультразвуковой уровнемер, содержащий датчик и электронный блок и индикатор, отличающийся тем, что, с целью измерения уровня радиоактивных, взрывоопасных и сильпо агрессивных жидкостей в емкостях и

аппаратах, находящихся под давлением и при высокой температуре, в нем датчик выполнен в виде двух спиральных электромагнитных линий задержки и ультразвукового излучателя,

причем обе линии задержки снабжены шайбовыми изоляторами из пьезодиэлектрического материала и заключепы в одну герметичную плоскоовальную трубу, а ультразвуковой излучатель- в другую.

2. Уровномер по п. 1, отличающийся тем, что, с целью лучшего прохождения ультразвука, в герметичных трубах с линиями задержки и излучателем размещены эластичные трубки, закрытые с одного конца и соединенные с источником сжатого воздуха, прижимающие по всей длине соответственно изоляторы линий задержки и излучатель к рабочей поверхности труб.

Elf

В

Zir : ;т

Раг.2

5

W

L/

I/

Риг j

Фиг. 4

5-6

Фиг. 5