Бесконтактный ультразвуковой следящий уровнемер индикации фазового состава и границ раздела фаз многофазной несмешивающейся среды Советский патент 1976 года по МПК G01F23/296 

3 направляющих 4, лыски 5, расположенной на сосуде 6 и необходимой для создания на по верхности круглого сосуда плоскости, служа щей для осуществления акустического кон такта между стенкой сосуда и пьсзоэлемента ми 2 и 3. Направляющие 4 и элементы элект ропривода 7 крепятся к сосуду 6 с помощью кронщтейпов 8. Со стороны излучающей по верхности пьезоэлементы закрыты топкими защитными Протекторами 9 и 10, изготовлен ными из электро-и звукопроводящего матери ала. На каретке 1 имеются маслепка 11 с фетром 12 для смазывапия поверхности лыски 5 в процессе движения каретки 1, пружины 13, 14 и 15 для прижима пьезоэлементов и каретки к плоскости лыски. Все это необходимо для обеспечепия акустического контакта между стенкой сосуда и пьезоэлементом. Кинематическое соединение каретки 1 с приводом 7 осуществляется с помощью стального тросика 16, а электрическое соединепие пьезоэлементов 2 и 3 с блоком электроники- с помощью линии связи 17, изготовленпой из гибкого экрапированного провода. Блок электроники содержит различные генераторы, усилители, логические схемы и т. д. Тактовый генератор Ш задает частоту посылки зондирующпх импульсов в исследуемую среду. Схема запуска и сброса 19 служит дл5г увеличения мопцюсти и скорости нарастания переднего фронта запускающих и сбрасываюпдих импульсов. Генераторы зондирующих импульсов 20 и 21 возбул дают акустические колебания в пьезоэлементах 2 и 3. Генератор 22 импульса задержки обеспечивает необходимое время задержки срабатывапия геиераторов 23а, 23/;, 23..., 23л стробирующих импульсов по отнощению к началу цикла зондирования среды, связанное со временем распространения акустических возмунхений в исследуемой среде. Генераторы 23а, 236, 23..., 23я подключены последовательно к генератору 22 и друг к другу. Первым стоит генератор 23а, вырабатывающий импульс, длительность которого обусловлена измепением скорости распространения ультразвуковых колебаний в данной фазе за счет изменения внешних условий, а время действия относительно начала зондирования определяется наибольшей скоростью ультразвука Va, которую имеет одна из фаз многофазной среды. Время действия импульса следующего генератора 236 обусловлено скоростью распространения ультразвука УЬ для другой фазы и т. д. При этом должно выполняться условие ...Vn при всех вариациях внещних условий. Пьезоэлементы 2 и 3 через ограничители 24 и 25, усилители 26 и 27 и детекторы 28, 29 Подключены к входам формирователей 30 и 31. Генераторы стробимпульсов связаны с соответствующими временными селекторами, объединенными в две группы: группу верхнего информационного канала (32а, 326. 32..., 32л) и группу нижнего информациониого канала (ЗЗа, 336, 33..., 33л). Каждая груи4па селекторов подключена к выходу формирователя 31 и 30 соответствующего канала (селекторы в группе соединены параллельно), и каждый селектор вырабатывает импульс, жестко связанный с передним фронтом информационного имнульса, прошедщего ио той или иной фазе. Селекторы подключены к соответствующим схемам памяти 34а, 346, 34..., 34л и Зоа, 356, 35..., 35л, которые запоминают факт прохождения информационного сигнала через селекторы на период цикла Гц. Таким образом, динамические информационные сигналы преобразуют в квазипотенциальные сигналы «да или «нет, от которых работают все последующие схемы управления и сигнализации: схема уиравления 36 приводом, схемы 37 сигнализации и выделения того или иного сигнала, схемы 38 выбора режима работы и схемы 39 управления технологическим нроцессом. Отсчет координат уровня производят по шкале, установленной в ноказывающем устройстве 40, которое связано кинематически с электроприводом 7. Па концах измерительной базы сосуда установлены концевые выключатели 41,42 и сигнальные устройства 43, 44, с помощью которых получают информацию об опорожнении и заполиепии сосуда. Концевые выключатели срабатывают при соприкосновении с кареткой 1. Устройство работает следующим образом. Допустим, что в сосуде находятся следующие фазы: газовая-Г, легкая жидкая - /Ki тяжелая жидкая - Ж2 и осадок - О (фиг. 1 и фиг. 2). Пусть в легкой жидкости /Ki скорость ультразвука меньше скорости ультразвука в тяжелой жидкости Ж2. Осадок О, как иравило, имеет значительное затухание для ультразвуковых колебаний. Пусть в первоначальный момепт времени каретка 1 с пьезоэлемептами 2 и 3 находится в зоне расположения газовой фазы Г. Импульсы с генераторов зондирующих имПульсов U20, Uz с помощью пьезоэлементов посылаются в исследуемую среду с периодом 7ц. Ввиду больщой разницы в плотностях между газом и материалом, из которого сделана стенка сосуда, отраженных сигналов от нротивоположной стенки сосуда практически наблюдаться не будет. Таким образом, в обоих каналах отсутствуют импульсы. Все схемы памяти устройства: 34а, 346, 34..., 34л, 35а, 356, 35..., 35л будут находиться в состоянии «нет. Логическая схема управления 36 приводом ВКЛЕОЧИТ привод 7 на движение каретки 1 вниз. Если редварительно задана программа поиска ерхней поверхности тяжелой жидкости K2i о каретка 1 двинется вниз и будет двигаться о тех пор, тюка в нижнем пьезоэлементе 3 е появится сигнал наличия заданной фазы. то произойдет тогда, когда нижний пьезолемент окажется в зопе расположения жидости Ж2. В этот момент на пьезоэлементах аблюдают следующую комбинацию сигнаов: на нижнем - t/з и время задержки первого отраженного информационного импульса относительно зондирующего импульса равно/ ж, . на верхнем - С/2 dx. Совокупность зондирующих и отраженных сигналов обрабатывают в нелинейных ограничителях 24 и 25, где амнлитуда зондирующего имнульса снижается со 100-200 до 1,5-2,0 В. Затем эти сигналы усиливаются усилителями 27 и 26 и детектируются амнлитудными детекторами 29 и 28. Сигналы носле детекторов- 29, С/28 поступают на формирователи 31 и 30, в которых из каждого продетектированного имнульса достаточной амплитуды формируется стандартный ло длительности (2,0± ±0,1 мксек) и амплитуде (10-11В) импульс. Временное положение каждого импульса формирователей С/зь С/зо жестко связано (с точностью до 0,5 мксек) с передним фронтом отраженных сигналов. Импульсы с формирователей поступают на две группы селекторов 32а, 326, 32..., 32п и ЗЗа, ЗЗЬ, 33..., ЗЗп. На управляющие входы селекторов поступают стробимпульсы с соответствующих выходов Viza, генераторов 23а, 23Ь. Запуск цепочки генераторов 23а, 23Ь, 23..., осуществляется от генератора 22, длительность импульса которого Гзад равня наименьщему времени распространения ультразвуковых колебаний в исследуемой среде. Запуск генератора 22 произведен в момент начала цикла зондирования от схемы запуска и сброса 19, На выход селекторов 32а и ЗЗЬ сигналы с формирователей пройдут только в том случае, если на их управляющие входы поступят соответственно стробимпульсы от генераторов 23а и 23Ь. Соответствующие схемы памяти 34а и 35& перейдут в состояние «да и будут находиться в этом состоянии до начала следующего цикла зондирования, когда импульс со схемы запуска и сброса 19 сбросит их в состояние «нет.

Если ситуация расположения данных фаз НС изменится, то с приходом информац1 01П-;ого сигнала следующего цикла схемы памяти 34а и 356 перейдут в состояние «да. (Время между двумя состояниями «да равно / ж для схемы 34а и/ж, для схемы ЗЬЬ}. Так как время цикла , и /ж, (Т,,ж 10- „;) то на выходе схем памяти наблюдают практически постоянный потенциальный уровень «да. По этим сигналам в описанньп момент времени логическая схема 36 управления приводом выдает команду на остановку привода 7. По показывающему устройству 40 считывают значение координаты уровня верхней поверхности тяжелой жидкости Ж2. Если после этого данный уровень начнет изменяться в ту или иную сторону, то на преобразователях 2 и 3 возникнет комбинация сигналов. вызывающая команду на движение каретки 1 в ту или иную сторону до остановки на ионом значении уровня и т. д. Если предварительно задана программа измерения или слгжения за координатой уровня верхней го верхности легкой жидкости Жь то схема управления 3G работает с другой комбинацией сигналов, а именно: нижний канал - информационный импульс от жидкости Жь верхний канал - отсутствие инбормационного сигнала. Любое изменение этой комбинации вызовет включение привода 7 и соответствующее смещение кареткп 1. Если предварительно задана программа инликлции фазового состава исследуемой среды, то каретка 1 движется вдоль всего столба исследуемой среды, а соответствующие сигнальные и показывающие устройства информируют о фазовом составе среды.

Таким образом, в любой момент времени производят отсчет координат уповня inoBepxкостей паздела фаз по показывающему прибову 40 и получают информацию о наличии той или иной фазы на данном уровне по показаниям сигнальных устройств (37, 38).

Формула изобретения

Бесконтактный ультразвуковой следящий уровнемер индикации фазового состава п границ раздела фаз многофазной несмешивающейся среды, содерл ащий два акустических преобразователя, закрепленных в подвижной каретке и расположенных олин под другпм в плоскости, перпендикулярной границе раздела, привод каретки, блок управления приводом, тактовый генератор, подключенный через блок запуска и сброса к входу двух генераторов зондирующих импульсов, два усилителя-формирователя, каждый из которых соединен с акустическим преобразователем и выходом генератора зондирующих импульсов и блок сигнализации, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона применения, повышения точности измерения и обеспечения возможности определения вида каждой из фаз, R пего дополнительно введены блок генераторов строб;1оуюпи1х импульсов, генератор импульса задержки, блок селекторов и блок схем памяти, при этом селекторы включены попарно па выход каждого усилителя-формпроватсля. управляющие входы пар селекторов подключены к выходам разнои- -енных генераторов стробирующих импульст, подключенных последовательно через генератор импульса задержки к блоку запуска п сброса, выход каждого селектора соединен с входом одной схемы памяти, управляюшпй вход которой связан с блоком запуска п сброса, а все схемы памяти своим выходом подключопы к блоку управления приводом и блоку спгпалпзацип.

Пстсчникп информации, принятые во внимание npi; экспертизе.

1.Авт. св. СССР 210501, М. кл. G 01Е 2328, 1965.

2.Д. П. Агейкпн, «Датчики контроля и рег лированпя. М., 1965, стр. 430.

3.Авт. св. СССР № 203963, М. кл. G 01F 23/28, 1966.

-IB

3 /7

Л