Устройство для контроля физических параметров жидких сред в закрытых емкостях Советский патент 1978 года по МПК G01F23/296 G01N29/20 

пульсный синхронизатор 9; блока 10 задержки; подключенный к выходу имнульсного синхронизатора, формирователь 11 строб-имнульсов и селекторный каскад 12, включенный между выходом усилителя 5 и входом детектора 6 огибающей. В корнус 13 каждого из преобразователей выполненного полым, с герметично закрываемым отверстием 14 для заполнения контактной жидкостью 15 полости 16, которая футерована материалом с пониженной теплопроводностью, установлен демпфированный пьезоэлемент 17 на герметично закрепленной мембране 18, выполненный из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу контактной жидкости, например фторопласта Установочный фланец 19 преобразователя имеет замкнутую выточку, в которой полуутоплено кольцо 20 герметизации.

Мембрана 18 герметично установлена в корпусе 13 посредством резьбового кольца 21, имеющего прорезь, и уплотнительного кольца 22, утапливаемого мембраной в выточку в буртике кор.пуса. Демпфер 23, установленный на нерабочей поверхности пьезоэлемента 17 с обеспечением акустического контакта, изготовлен из электропроводящего материала, например на основе токопроводящего клея с порошковым наполнителем. Втулка 24 с.:ужит для изоляции демпфера от кольца 21 и соответственно от корпуса 13 преобразователя.

Электрическое соединение нулевой обкладки пьезоэлемента 17 с корпусом осуществляется с помощью пружинящего контакта 25 утапливаемого пьезоэлементом в лунку, выфрезерованную в мембране 18. Соединение экранной оплетки 26 соединительного коаксиального каоеля 27 с корпусом 13 (следовательно, и с нулевой обкладной пьезоэлемента осуществляется через металлическую резьбовую крьппку 28, к торцовой выточке которой оплетка 26 прижата резьбовой изоляционной втулкой 29.

Электрическое соединение потенциальной обкладки пьезоэлемента 17 с токоведущей жилой кабеля 27 осуществляется через электропроводящий демпфер 23, спиральную пружину 30 и контактную втулку 31, в которой распаяна жила кабеля.

Вывод кабеля из крьплки 28 герметизирован кольцом 32 полимеризовавщегося эпоксидного клея. Герметизация соединения крышки 28 с корпусом 13 преобразователя обеспечивается уплотнительным кольцом 33.

Возбудитель 8 выполнен по схеме формирователя щирокоспектральных импульсов. Запускаемый периодическими сигналами синхронизатора 9 он вырабатывает щирокоспектральные импульсы электрического напряжения, которые поступают через усилитель мощности 4 по кабелю 27 в преобразователь 1 на его пьезоэлемент 17. Последний излучает через жидкость 15 в стенку емкости 3 импульсы с расп1иренным спектром упругих колебаний, имеющими относительную ширину спектра, превышающую относительную величину диапазона толщин стенок закрытых емкостей (с учетом их абразивного или коррозионного износа).

В жидкостном звукопроводе излученные упругие колебания падают на стенку емкости 3,

заполненной контролируемой жидкостью 34 по углом Q, обеспечивающим соотнощеним скорости следа Cs/Sin© падающей волны импульсных упругих колебаний и скорости распространения Cf,, возбуждаемой в стенке моды нормальной волны близким к единице (С - скорость распространения колебаний в клине 24 нреобразователя). Скорость следа устанавливается так, чтобы в диапазонах частот колебаний и толщин стенки в последней возбуждалась только одна мода нормальной волны. Далее принимают другим клиновым преобразователем 2 возбужденную моду нормальной волны после прохождения фиксированного пути в стенке емкости 3 и преобразуют в электрический импульсный сигнал, имеющий период следования и частоту несущей импульсов упругих колебаний.

Поскольку при обычно используемой постоянной частоте излучения изменение толщины

стенки емкости 3 влечет за собой изменение скорости распространения Си возбужденной моды колебаний, это изменяет интенсивность данной моды в стенке из-за несоблюдения равенства C,- Cx/Sin0 и соответственно вызывает значительную погрещность измерений.

В предлагаемом устройстве, благодаря наличию спектра частот излученных колебаний, всегда имеется частотная составляющая, для которой выполняется соотношение См Ск/51пО, вследствие чего амплитуда огибающей принятого сигнала А на демпфированном приемном преобразователе 2 будет иметь весьма слабую

зависимость от частоты.

Амплитуда огибающей принятого импульсного сигнала А имеет следующую зависимость от плотности р контролируемой жидкости и пути 1 распространения волны в стенке емкости:

А (1)

где АО - амплитуда огибающей принятого сигнала при отсутствии жидкости в емкости; а - абсолютный коэффициент затухания, имеющий размерность, обратную произведению размерностей плотности / и пути 1, зависящий

от типа контролируемой среды и частоты упругих колебаний.

Поскольку многократно отраженные сигналы в полости 16 жидкостного преобразователя могут вызывать побочные моды колебаний по стенке емкости 3, поступающие в приемник 2,

для исключения их поступления в детектор 6 огибающей используется селекторный каскад 12, отделяющий ин|формативный сигнал от помех. Кроме того, применение каскада 12 обеспечивает функционирование устройства в емкостях с близко расположенной противоположной (относительно места установки устройства), стенкой, селектируя сигнал от отраженной внутри емкости.

Этот каскад запускается формирователем 1 1 строб-импульсов с задержкой относительно

возбуждения преобразователя 1, создаваемой блоком 10. Эта задержка установлена равной времени распространения колебаний между пьезоэле.ментами преобразователей 1 и 2. Длительность строб-импульса равна длительности информативного импульсного сигнала на преобразователе 2.

Увеличение отношения уровня сигнала к уровню отражений и соответственно помехоустойчивость и точность контроля, улучшаются также выполнением мембраны из материала (фторопласта), близкого по импедансу к жидкости 15. В качестве последней используется раствор, имеющий вершину параболической зависимости скорости распространения упругих колебаний при средней рабочей температуре в емкости. В частном случае, если средняя рабочая температура составляет 70-80°С, в качестве такой жидкости используется вода.

После усиления в усилителе 5 детектором 6 выделяют сгибаюш,ую сигнала.

Детекторный сигнал на входе измерительно-регистрируюш,его блока 7 имеет амплитуду, экспоненциально ослабляюш.уюся с увеличением плотности жидкости. Регистрация в блоке 7 этого ослабления дает информацию с плотности контролируемой среды и тем самым о типе среды, находящейся в резервуаре на заданном уровне (например, жидкость или воздух).

При сигнализации уровня жидкости измерительно-регистрирующий блок выполняется в виде релейного блока с визуальной индикацией и с выходом в систему автоматики.

Формула изобретения

Устройство для контроля физических параметров жидких сред в закрытых емкостях.

содержащее два устанавливаемых на фиксированном расстоянии друг от друга на внешней поверхности емкости идентичных клиновых пре образователя, соединенных последовательно один с усилителем мощности и возбудителем, а другой - с усилителем, селективным каскадом, детектором и измерительным каскадом, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения жидкостей с параболической температурной зависимостью скорости распространения упругих колебаний, в нем клиновые преобразователи выполнены демпфированными и введены последовательно соединенные синхронизатор, блок задержки, формирователь строб-импульса, подключенные-синхронизатоп к входу возбудителя, а формирователь cTpo5-HMi-.v, к селекторному каскаду, включенному ;ежду усилителем и детектором.

2. Устройство по 1. 1, отличающееся тем, что. внутренняя полость преобразователя футировапа материалом с пониженной теплопроводностью, а демпфированный пьезоэлемент герметично закреплен мембраной, выполненный из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу контактной жидкости и снабженной кольцом уплотнения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

№ 250481,

1,Авторское свидетельство кл. G 01 F 2.3/28, 1968. № 343155,

2.Авторское свидетельство кл. G 01 Е 23/28, 1971.

Л

фиг. 1

2

21

Ю

13

21

ф(.2