УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР Советский патент 1973 года по МПК G01F23/296 

1

Изобретение относится к области измерения уровня ультразвуковыми уравнемерами.

Известные ультразвуковые уровнемеры содержат чувствительный элемент в виде излучающего и приемного волновода, пьезоэлектрические преобразователи, генератор радиоимпульсов, электронный измерительный блок и индикатор. Принцип работы их заключается в том, что измеряется время прохождения упругого импульса от пьезоизлучателя, закрепленного в верхней части излучающего волновода до пьезоприемника, укрепленного в верхней части приемного волновода. Время прохождения сигнала пропорционально расстоянию до границы раздела газ - жидкость. Чувствительный элемент у таких устройств может быть выполнен в виде двух параллельных стержней, в виде двух параллельных спиралей или коаксиально расположенных труб. Однако в таких уровнемерах акустический сигнал, несущий информацию об уровне, проходит в контролируемой среде некоторый путь, что вносит дополнительные погрещностп в результате измерения, особенно при измерении уровня в кипящих или загазованных жидкостях. При передаче упругой энергии от излучающего волновода к приемному происходит искажение упругого импульса за счет возбуждения в приемном волноводе большого числа мод, что вносит искажения при индикации времени прохождения сигнала. Из-за акустических наводок в местах крепления волноводов к фланцам возникают дополнительные акустические помехи, повыщающие общий уровень щумов. Кроме того, так как передача сигнала от волновода к волноводу происходит в некотором слое жидкости и вследствие дифракции ультразвуковых волн на концах волноводов, в нижней части датчиков таких уровнемеров существует значительная мертвая зона.

Предлагаемый уровнемер отличается от известных тем, что в нем чувствительный элемент выполнен в виде U-образио изогнутой

трубки. Па одном конце трубки крепится излучатель, а на другом - приемник ультразвуковых волн. Для измерения уровня используется эффект трансформации упругой волны на границе раздела газ-жидкость. Суть

эффекта заключается в том, что фазовая скорость нормальной волны, распространяющейся по трубке в свободном состоянии, отличается от фазовой скорости упругих волн, распространяющихся по трубке, погруженной

в жидкость.

Па чертеже изображен схематично уровнемер.

На концах волновода /, который является чувствительным элементом уровнемера, укреплеиы пьезоэлектрические излучатель 2 и ириемник 5 осесимметричных упругих н,ор1у1альных волн. Излучатель 2 электрически соединен с генератором 4 радиоимпульсов, блоком задержки 5 и измерительным блоком 6. Приемник 3 электрически связан с усилителем 7, измерительным блоком 5 и индикатором.

Радиоимпульсы, вырабатываемые генератором 4, поступают на излучатель ультразвуковых волн, блок задержки 5 и измерительный блок 6. Излучатель преобразует электрические сигналы в упругие импульсы, которые распространяются вдоль оси трубы в виде осесимметричных волн с фазовой скоростью V. Достигнув поверхности жидкости со стороны газа, импульсы продолжают распространяться уже с фазовой скоростью, отличной от первоначальной, т. е. V.

По колену трубки упругие волны поступают на второй участок трубки и достигают приемника 3, где снова преобразуются в радиоимпульсы. Принятый сигнал усиливается усилителем 7 и подается на вход измерительного блока 6. На этот же вход подается сигнал от генератора, задержанный на время:

где / - расстояние от излучателя до приемника упругих волн;

Vm - фазовая скорость т-й моды нормальной волны для цилиндра в воздухе. Разность времен между сигналом,прошедшим через чувствительный элемент изадержанным зондируюш,им импульсом, пропорциона.г1ьна уровню контролируемой жидкости.

Предмет изобретения

Ультразвуковой уровнемер, содержащий чувствительный элемент, пьезоэлектрические преобразователи, генератор радиоимпульсов, электронный измерительный блок и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, работоспособности в сильнопоглош;ающих средах и упрощения конструкции, чувствительный элемент выполнен в виде U-образно изогнутой трубки, на одном конце которой расположен пьезоизлучатель, а на другом - пьезоприемник.