Ультразвуковой уровнемер Советский патент 1977 года по МПК G01F23/296 

1

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение при разработке контрольно-измерительных приборов для определения уровня жидкости в закрытых резервуарах.

Известны ультразвуковые уровнемеры с волноводами, свойства которых, изменяются при переходе границы раздела жидкость-газ, что приводит к отражению ультразвуковой волны, распространяющейся по волноводу от мео- та этого перехода l. Однако эти уровнемеры недостаточно эффективны при измерениях больших уровней.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является ультразвуковой уровнемер, содержащий заполненную эталонной жидкостью уровнемерную трубку, в стенках,которой образованы чередующиеся акустически прозрачные и непрозрачные участки, механизм перемещения, приемный и излучающий электроакустические преобразователи, генератор синусоидальных колебаний и демодулятор, соединенный со счетчиком импульсов 2j. Одяако этот уровнеме

из-за большого числа деталей не обладает высокой надежностью.

Цель изобретения - повышение надежности уровнемера.

Указанная цель достигается благодаря тому, что уровнемер содержит линейный трансформатор, первичная обмотка которого, соединенная с выходом генератора синусоидальных колебаний, размещена на металлическом сердечнике, установленном концентрично внутри уровнэмерной трубки, а вторичная обмотка подключена к излучающему электроакустическому преобразователю, выполненному трубчатым, и они вместе закреплены на катушке, свободно скользящей по внутренней поверхности уровнемерной трубки.

На фиг. 1 представлена схема уровнемера; на фиг. 2 - диаграмма электрических напряжений; на фиг. 3 узел уровнемера с преобразователем, расположенным вне трубки.

Ультразвуковой уровнемер в зависимости от вида контролируемой жидкости и типа резервуара может быть использован в двух режимах работы: в опросном и следящем. В первом режиме в него входят следующие ос- 1ЧОВНЫ9 узлы: урэвнемерная трубка 1, заполненная эталонной жидкостью, в стенках которой образованы чередующиеся акустически прозрачные и непрозрачные участки 2, приемный преобразователь 3, трос 4, звукопог лотитель 5, механизм перемещения 6, генератор синусоидальных колебаний 7, усилител демодулятор 8, счетчик импульсов 9. Линейный трансформатор состоит из первичной обмотки 1О, распределенной по всей высоте металлического сердечника 11, который установлен концентрично внутри уровнемерной трубки. Вторичная обмотка 12 линейного трансформатора соединяется с трубча тым пьезопреобразователем 13 и устанавливается на катушке 14, свободно скользящей по поверхности металлического сердечника. Устройство работает следующим образом. В исходном положении катушка с пьезопреобразователем находится в верхней части уровнемерной трубки. В момент опроса она начинает опускаться с помощью механизма перемещения 6. Одновременно включается генератор синусоидальных колебаний 7, нагрузкой которого служит первичная обмотка 1О. Создаваемое при этом электромагнитное поле наводит ЭДС в его вторичной обмотке 12. При этом пьезопреобразователь 13 начинает непрерывные ультразвуковые колебания, направленные по перпендикуляру к внутренней поверхности уровнемерной трубки 1. Ультразвуковой луч, распространяясь по эталонной жидкости, достигает внутренней поверхности уровнемерной трубки. Если катушка с пьезопреобразователем датчика уров ня располагается выше уровня контролируемой жидкости,- то ультразвуковой луч, вследствие большой разницы акустических сопротивлений воздуха (газа) и материала трубки, после многократного отражения от стенки трубки попадает на приемный преобразователь 3. Часть ультразвуковых лучей, распространяющихся в направлении дна уровнемерной трубки, поглощается размещаемым заэс;, звукопэглотителем 5. На выходе усилителя-демодулятора 8 при этом напряжение выходного сигнала будет равно нулю, так как на его вход поступают немоцулирован- ные по амплитуде колабанйя. Как ТОЛ).ко катушка с пьезопрообразователем цатчика уровня пересекает границу раздэла газ-жицкэсгь, ультразвуковой луч начнет г;йрм:кД;ги:-скн прощупывать урэвнемеркую трубку .1. Гак, при достижении акусти- 55

чески арэзра-пюгэ участка уровнэмерной трубкн луч пг.оходит в кэитрэлируемую жидкость (всладстйие блкзос ;м акустических сопротивлений материала и контролируемой жиакостн) и зат харт о 1-:эй, о. при глюхож- 60 Щ

тым, и они совместно закреплены на катушке, свободно скользящей вдоль оси уровнемерной трубки.

2. Уровнемер по п. 1, отличаюдении акустически непрозрачного участка отражается от него и после многократного отражения от стенок трубки попадает на приемный преобразователь 3. Благодаря наличию акустически неоднород«Ь1х участков на поверхности уровнемерной трубки, по мере опускания катушки с пьезогпреобразователем, преобразователь 3 будет принимать прерывистую последовательность импульсов, число которых соответствует числу акустически непрозрачных участков, пропорциональному уровню контролируемой жидкости. Работа устройства поясняется диаграммой напряжений (см. фиг. 2). При работе в следящем режиме в ультразвуковой уровнемер входят следующие основные узлы: акустически прозрачная уровне- мерная трубка, заполненная эталонной жидкостью, приемник-пьезоэлемент, датчик уровня, звукопоглотитель, генератор импульсов, приемник, измеритель временных интервалов В свою очередь, датчик уровня выполнен в-виде линейного трансформатора, первичная обмотка которого наматывается равномерно по всей высоте металлического сердечника, устанавливаемого концентрично внутри уров- немерной трубки 1. Вторичная обмотка линейного трансформатора, соединенная с трубчатым пьезопреобразователем, может быть размещена снаружи уровнемерной трубки, например на кольцевом поплавке 15. Формула изобретения 1. Ультразвуковой уровнемер, содержащий заполненную эталонной жидкостью уровнемерную трубку, в стенках которой образованы чередующиеся акустически прозрачные и непрозрачные участки, механизм перемещения, приемный и из.чучающий электроакустические преобразователи, генератор синусоидальных колебаний и демодулятор, соединенный со счетчиком импульсов, отличающийс я тем, что, с целью повышения надежности, уровнемер содержит линейный трансформатор, первичная обмотка которого, соединенная с выходом генератора синусоидальных колебаний, размещена на металлическом серечнике, установленном концентрично внутри уровнемерной трубки, а вторичная обмотка подключена к излучающему электроакустическому преобразователю, выполненному трубчаи и с я тем, что, первичная обмотка ли