УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕРЁf^ J^N Г- /^ ^"^ • --Ч ^-. г .I :C-«_^ECvfOx;^[.-T..,,,!^-:Г?;^-:;,''^ГЕща?о^.^^^• ^^-^Гм^^ Советский патент 1972 года по МПК G01F23/296 

Изобретение касается измерительной техники в частности приборов для измерения уровня жидкости и может найти применение, например, в судостроении для определения высоты уровня жидкости в цистернах, а также в криогенной технике.

Известны уровнемеры, содержащие датчик, генератор, усилитель и выходное показывающее устройство. Однако они характеризуются нестабильностью уровня принятого сигнала от формы уровня жидкости (волнение, наклоны). При значительном наклоне жидкости сигнал, отраженный от границы раздела газ-жидкость, может не ноиасть на приемник. Они не могут быть использованы для измерения уровня при давлениях в несколько сотен атмосфер.

Предлагаемый уровнемер отличается от известного тем, что в нем датчик выполнен в виде возбуждающего и нриемного электроакустических преобразователей, соединенных ленточным волноводом, а генератор непрерывных колебаний подключен через ключевой каскад, управляемый хронизатором ко входу усилителя мощности, выход усилителя мощиости подключен к передающему преобразователю, приемный преобразователь датчика соединен со входом усилителя, выход которого подключен к одному из входов фазометра, второй вход фазометра подключен к выходу генератора непрерывных колебаний, выход фазометра соединен с регистрирующим устройством. Это повышает надежность и точность измерения.

На фиг. 1 изображена блок-схема предлагаемого уровнемера; на фиг. 2 - конструкция преобразователя; на фиг. 3 - диаграмма напряжений. Описываемый уровнемер состоит из генератора 1 тактовых импульсов (хронизатора), генератора модулирующего напряжения - кипл-реле 2, ключевого каскада 3, генератора 4 непрерывных колебаний ультразвуковой частоты, усилителя 5 моищости, соединенного с

датчиком 6. Выход датчика подключен к приемному усилителю 7, выход усилителя соединяется с фазометром 8, роль которого выполняет суммирующий каскад. Второй вход фазометра иодключен к генератору 4 непрерывных колебаний, выход фазометра подключен к детекторпо-ключевому устройству 9, второй вход которого соединен с генератором 10 стробирующего напряжения. Выход фазометра нагружен на индикаторное устройство //, ло которому ведется отсчет измеряемого уровня. Датчик 6 имеет корпус - перфорированную трубу 12 (см. фиг. 2), в которой на опорных крыщках 13 закреплен ленточный волновод 14. Длина Я волновода (см.

мальной высоте измеряемого уровня Л, шна - из конструктивных соображений, а щина а определяется из соотношения

2II1

„Г т/ В --г Tf в -т1

W --

L V РЖ уVI-/ J

а-

: ра; ш 2r.f,

В

иопрерывиых

частота генератора

где

колебаний;

плотность жидкости;

рш

нлотность материала волновода;

модуль Юнга матер ала полиовода;а - коэффициент Пуассона материала

волновода.

Эта формула пригодна для случая использования. . .фазометров ,со,шкалой от О до я. При использовании фазометров со шкалой от О до 2я, в левой части уравнения следует писать 2л, .

Передающий электромеханический преобразователь, содер}кани1Й пакет иьезокерамических пластин J5, концентратор 16, кабельпип гермовывод. /7 и корпус с фланцем 18, крепится при помощи флаицевого соединения в горловине датчика 19, расположенной на высоте верхнего измеряемого уровня. Длина пакета пьезокерамических пластин-выбирается примерно равной половиие длины волны ультразвука в материале пьезокерамнки; ширина пластин и его толщина примерно равны ширине ленточного волновода. Пластины соедннены электрнчески последовательно, а механпчесКИ па.раллельио и ириклеены эпоксидной смолой к торцу концентратора. Концентратор вваривается в районе узловой линнп в корпус преобразователя; в противоположпом конце корпуса имеется гермопереход, обеспечивающий герметизацию виутрепиего объема преобразователя от впешней среды. В гермопереходе производится разделка кабеля 20, соедпнеииого с электропным блоком. Приемный преобразователь устроен аналогичным образом II кренится к корпусу датчика в горловпие на высоте нижней отметки измеряемого уровня.

Тактовый геиератор / вырабатывает последовательность коротких (несколько М1п росекунд) импульсов. Период следоваиня определяется условиями прекращеиия реверберации в датчике и выбирается равиым 2500 мк/сек Ui. Эти имяульсы подаются па геиератор / модуляционного напряжения и кипп-реле, выдающего ирямоугольные имиульсы длительностью, определяемо времеием прохождения сигнала по волиоводу от иередатчика до приемника и равного нескольким сотням мк/сек Uz. Эти имлульсы открывают ключевой каскад, на второй вход которого подается высокочастотиое иаиряжеиие от геператора 4 пеирерывных колебаний Цч. Па выходе ключевого каскада получаются Я-образные импульсы с радиозаполнением U. Они усиливаются и

подаются на передающий преобразователь датчика 6. Пьезокерамические пластины преобразуют электрический сигнал в ультразвуковой, который возбуждает концентратор, конец концентратора совершает продольные колебания, возбуждающие в ленточном волноводе деформацию изгиба. Пзгибиая ультразвуковая волиа достигает приемного преобразователя и преобразуется в электрический сигиал, фаза которого зависит от длины волновода, скорости распространения волны в волноводе, т. е. в конечном итоге от высоты уровня жидкости. Принятый сигнал усиливается и подастся па вход фазометра 0. Фазометр выполияется, например, в виде сумматора, на

один из входов которого подается сигпал, а

на другой опорное напряжение от генератора

4 непрерывпых колебаний. Амплитуда сигналов с выхода прпемннка н опорного напряжепия выбирается равной, что обеспечивается автоматической регулировкой усиления в усилителе и применением ограничивающих элементов иа выходе. Па выходе суммирующего каскада в момент действия приемного сигнала получается папряженне UB, амплитуда которого будет функцией от соотношения фаз снгналов (oHOpiioro и принятого). При совпаденин фаз амплитуда равна двойной амплитуде; при разнице фаз, равной я (180°), -

равна нулю.-U занимает промежуточное зиачен 1е по закону

JL

fy, -20вхсоз 2)

при разности фаз равной ф.

Со стробирующего каскада подается П-образиый импульс, сдвинутый на время, равное среднему времени прохождепия импульса по волноводу, и длительности несколько короче

модулнруюш,его импульса (для исключения нереходных процессов в тракте и уходе импульса при пзмеиепии уровня) UT. Последний подается па детекторио-ключевое устройство 9, преобразующее амплитуду суммарного сигнала в разрешенном интервале времени в постоянный ток, величина которого измеряется, например, микроамперметром. При псполненпи фазометрической схемы с использованием триггера допускается изменение фазы от О до

2я, что вдвое увеличивает высоту измеряемого уровия при той же частоте н толщине волновода.

Предмет изобретения

1. Ультразвуковой уровнемер, содержащий датчик, генератор, усилитель и выходное показывающее устройство, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения в нем, датчик выполне) в виде возбуждающего и приемного электроакустических преобразователей, соедииенных ленточным волноводом с толщиной, выбранной из условия, обеспечивающего отсутствие излучения ультразвуковых колебаний из волносигнала при изменении уровня от нуля до максимума не более 2я, а генератор непрерывных колебаний подключен через ключевой каскад, управляемый хронизатором, ко входу усилителя мощности, выход усилителя мощности подключен к передающему преобразователю датчика, приемный преобразователь датчика соединен со входом усилителя, выход которого подключен к одному из входов фазометра, второй вход фазометра лодключен к выходу генератора непрерывпых колебаний; выход фазометра соединен с регистрирующим устройством.

2. Уровнемер оо п. 1, отличающийся тем, что в приемном и передающем преобразователях пьезоэлементы выполнены в виде прямоугольных пластин, длина которых выбирается равной половине длины волны продольных колебаний в пьезокерамике; при этом пластины соединены электрически последовательно, механически параллельно и склеены эпоксидной смолой в единый пакет, который приклеен к торцу концентратора ножевого типа, закрепленного в узловой линии в корпусе преобразователя, потенциальный

электрод от пьезоэлементов выведен через изоляционный гермопроход высокого давления; рабочий конец концентратора прижат к ленточному волноводу, закрепленному в крышках перфорированной трубы, являющейся

корпусом датчика, к которому через боковые фланцы крепятся преобразователи.

и,

JL

u П

u

/7,20

2

7