Уровнемер для жидких сред Советский патент 1979 года по МПК G01F23/28 

1

Изобретение отпосптся к области пзмерения уровпя жидкости в емкостях, водоемах, скважипах и т. д.

Известпы уровнемеры для жидких сред, включающие электромеханические излучатель и приемник, подключенные к волноводу в виде цилиндрического упругого элемента, погруженного в жидкость 1.

Наиболее близким по технической cyni,ностп к нрсдложепному является уровнемер, содержащий нриемо-излучающую систему, связанную с упругим волноводом, установленным вдоль панравления изменения уровня 2J. Волновод выполнен в виде упругой полосы, погружаемой вертикально в жидкость.

Однако точность измерения таким уровнемером зависит от характеристик зондирующего сигнала в связи с тем, что скорость изгибных воли зависит от частоты. Скорость распространения волны деформаций ленты зависит также от силы натяжения ленты.

Цель изобретения - повышение точности измерений путем улучшеиия согласования характеристик приемо-излучающеГ системы и волновода.

Цель достигается тем, что волновод выполпеп в виде пружины растяжения-сжатия, установленной с возмол :ностью регулировкн шага ее витков, один конец которой жестко закреплен, а другой, обращенный к прпемо-излучающей системе, связап с пей иосредетвом упругого элемента.

Изобретение поясняется чертежом.

Устройство содержит пружину 1, каркас, состоящий из трубы 2 и патрубка 3 с отверстием 4 для выхода воздуха, связанных регулировочными винтами 5, прпемоизлучающую систему 6, мембрапу 7, генератор 8 импульсов, усилитель-формирователь 9, триггер 10, измеритель И длительиости имиульсов и схед1у 12 управления.

1 растянута на фиксироваипую длину на каркасе и связана нижним коицом с дном трубы 2, а верхним посредством мембраиы 7 с патрубком 3 и ирие.моизлучающим устройством 6, укреилеиным иа патрубке 3. Последний связан с трубой 2 каркаса посредством винтов 5, иозволяющих регулировать длину пружины 1 для изменения ее погонной жесткости (жесткости на единицу длины).

Уровнемер работает следующнм образом.

Цри измереиии уровня схс.ма 12 -;ipai3ления включает генератор 8 импульсов и измеритель И длительности импульса. При этом генератор и.мпульсов вырабатьизаег импульс, возбуждающи излучатель риемо-излучающего устройства 6, преобразующий энергию электрического импульса в механический импульс деформаций, передаваемый через мембрану 7 пружине 1.

Одновременно электрический возбуждающий импульс передается на вход усилителя-формирователя 9 и далее - на бистабильный триггер 10, переходящий в устойчивое состояние, при котором сигнал с его плеча подается на вход измерителя 11 длительности импульса.

С этого момента начинается измерение времени, в течение которого напряжение с триггера 10 подается на вход измерителя 11 длительности импульса. Импульс (волна деформаций) распространяется вдоль пружины 1 практически без затухания, так как в пружине происходят потери лишь на молекулярное трение, а сопротивление воздуха пренебрежимо мало.

При переходе волны деформаций пружины 1 из воздушной среды в жидкость, нмеюшую плотность, различную с воздухом, происходит частичное рассасывание энергии волны деформаций и вследствие этого частичное отражение акустического импульса от этой среды, отраженный импульс возвращается к верхнему концу нружины 1 и там принимается приемником приемоизлучающего устройства, затем через усилитель-формирователь 9 подается на вход триггера 10, который перебрасывается в другое устойчивое состояние. После этого измерение времени заканчивается.

Для исключения ложных срабатываний из-за отражения акустического импульса от каркаса 2 сигнал с второго плеча триггера после его переключения подается на схему 12 управления, которая возвращает всю схему в исходное положение. Значение, измеренное измерителем длительности, будет соответствовать значению уровня в выбранных единицах. Для компенсации технологических погрешностей, вызывающих отклонение жесткости пружины 1 от заданной длины, длину пружины регулируют с помощью винтов 5. При этом патрубок 3 выдвигается или вдвигается в трубу 2, удлиняя или укорачивая пружину 1 до такого положения, прн котором сигнал, зафиксированный измерителем длительности, будет с заданной точностью соответствовать значению уровня.

Вследствие того, что жесткость пружины 1 по всей длине постоянна (до границы

раздела сред) и стабильна (при применении металла, например, инвара), в условиях различных дестабилизирующих факторов (изменения температуры, плотности воздуха и т. п.), и время распостранения

акустического импульса по пружине будет зависеть практически только от уровня.

Подбором параметров нружины (жесткость, наружный диаметр, диаметр проволоки, материал, форм пружины и проволоки) можно варьировать в широких пределах такие параметры сигнала как амплитуда, форма отраженного импульса, скорость его распространения вдоль нружины. То, что скорость распространения импульса

вдоль пружины может быть в десять раз меньше скорости распространения импульса по упругой ленте или в воздухе, позволит избежать сложных быстродействующих схем формирования и селекции импульса.

Формула изобретения

Уровнемер для жидких сред, содержащий приемо-излучающую систему, связанную с упругим волноводом, установленным вдоль направления изменения уровня, о тличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем улучшения согласования характеристик приемоизлучающей системы и волновода, волновод выполнен в виде пружины растяжениясл атия, установленной с возможностью регулировки шага ее витков, один конец которой жестко закреплен, а другой, обращенный к приемо-излучающей системе, связан с ней посредством упругого элемента.

PicT04HHKH информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США ЛЬ 3100994, кл. 73-290, опублик. 1963.

2. Агеева Н. С. Ультразвуковой метод измерения высоты уровня жидкости в сосуде при помощи изгибных колебаний тонкой упругой полосы. Акустический журнал, 1960.