Цифровой акустический уровнемер Советский патент 1979 года по МПК G01F23/296 

I

Изобретение относится к области измерительной техники, и предназначено для контроля уровня жидких и сыпучих веществ.

Известны ультразвуковые измерители раздела сред, включающие изме рительный электроакустический канал, схему регистрации уровня и этало ный канал, с помощью которого производится компенсация влияния изменения ско-. рости распространения ультразвука на работу измерительного канала Щ,2.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является цифровой акустический уровнемер, содержащий измерительный и эталонный электроакустические каналы и схему регистрации

t33. Измерительный канал состоит из установленных над измеряемой границей раздела сред излучателя и приемника акустических колебаний, охваченных эпемег{тами цепи обратной связи для обеспечения автоциркуляционного режима работы, а эталонный канал имеет излучатель и приемник акустических колебаний, закрепленный на фиксированном расстоянии от них отражатель и элемент обратной связи, включенный между приемником и излучателем.

Выход измерительного канала через делитель частоты подключен к управляющему входу счетчика импульсов. №лхоа эталонного канала подключен к одному

входу симметричного триггера, другой вход которого через пересчетную схему соединен с выходом генератора запояняющих импульсов, а выход - с управляющим входом вентиля. Сигнальный вход

вентиля соединен с выходом генератора заполняющих импульсов, а выход - со счетным входом счетчика импульсов.

Период повт чэения имульсов измерительного канала пропорционален измеряемому уровню и параметрам среды, а эталонного канала - только параметрам среды. Отношение первсщов пдаторения импульсов измерительного я эталонного канала пропорционально уроюпо границы ,

раздела сред. Сигнал с измерительного канала поступает на управл5пощий вход счетчика импульсов через делитель частоты импульсов. Это позволяет удлинить период следования управл5пощих импульсов в несколько раз. Сигнал с эталонного канала поступает на первый вход симметричного триггера, который открывает при этом вентиль. Импульсы генератс а заполняющих импульсов поступают одновременно на входы счетчика импульсов и пересчетной схемы с коэффициентом пересчета -л . Каждый п -ый импульс генератора через , пересчетную схему поступает на второй вход симметричного триггера, закрывающего при этом вентиль. Следующий импульс с выхода эталсжного канала вновь приводит вентиль в открытое состояние и т. д. Таким образом, каждый импульс эталонного канала преобразуется в пачку из П импульсов, поступающих на счетный .вход счетчика. Счетчик регистрирует число этих импульсов за период следования управляющих импульсов.

Длительность формируемой пачки не может быть больше минимального периода повторения импульсов эталонного канала, соответствующего максимальной. скорости распространения ультразвука в среде. При меньших скоростях ультразвука временной интервал между импульсами эталонного канала будет частично заполнен илшульсами генератора. Это вызывает дополнительную составл5пощую ошибки измерения уровня, величина которой определяется длительностью незапол- ненной части периода следования импульсов эталонного канала и не зависит от параметров генератора заполняющ1гх импульсов и первсчетноЙ схемы. Величина ошибки резко возрастает с увеличением диапазона изменения скорости распространения ультразвука в среде. Ослабить влияние этсЛ ошибки в данном устройстве можно увеличением коэффициента деления делителя, однако это приводит к снижению быстродействия прибора.

Целью изобретения является повышение точности и быстродействия устройства.

Это достигается тем, что в предлагаемый акустический уровнемер, содер)- жаший автоцкркуляционные измерительный и эталонный электроакустический каналы, выхо« первого из которых через делитель частоты подключен к управляю-

тему входу счетчика импульсов, а выход второго - к одному входу симметричного триггера, другой вход которого через пересчетную схему соединен с выходом генератора заполняющих импульсов, введен блок перестройки частоты, вхЬд которого соединен с выходом симметричного триггера, а выход - с управляющим входом генератора заполняющих импульсов, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов.

На фиг. 1 показана функциональная схема описываемого уровнемера; на фиг. 2 - эпюры напряжений на выходе функциональных блоков. .

Цифровой акустический уровнемер содержит измерительный электроакустический канал 1 и эталонный электроакустический канал 2. Измерительный канал состоит из излучателя 3, приемника 4, установленных над границей раздела сред 5 и элемента обратной связи 6, эталонный канал - из излучателя 7, приемника 8, элемента обратной связи 9 и отражателя 10, установленного на фиксн- рованном расстоянии от излучателя 7 н приемника 8. Элемент обратной связи 6 (9) в каждом канале включен между при емником 4(8) и излучателем 3(7) в обеспечивает авт и1иркуляционный рюжвм работы канала..

Последовательно с измерительным каналом 1 включен делитель частоты: 11 импульсов, а выход эталонного канала 2 соединен с входом симметричного триггера 12, к выходу которого подключены последовательно соединенные блок 13 перестройки частоты, генератор 14 заполняющих импульсов и пе)эесчетная схема 15, выходом соединенная со вторым входом симметричного триггер 12. Упр авляющий и счетный входы цифрового счетчика 16 соединены соответственно с выходами делителя частоты 11 и генератора 14.

Работает устройство следующим образом. При включении питания в элементах обратной связи измерительного и эталонного каналов вырабатываются импульсы) поступающие на излучатели, которые преобразуют их в акустические колебания среды. Акустические волны, достигнув поверхности раздела среа и отражателя,. отражаются. Стриженные волны, пройдя вторично среду, достигают приемников, где преобразуются в электрический сигнал. Элементы обратной связи преобрмзуют принятый сигнал в импульсы, кото рые вновь подаются на излучатели. В из мерительном и эталонном Каналах устанавливается автоциркуляционный режим. Период повторения имп5льсов измери тельного канала равен удвоенному време ни распространения ультразвука от излу чателя (приемника) до границы раздела сред, а эталонного канала - удвоенному времени распространения ультразвука от излучателя (приемника) до отражателя. Период повторения импульсов измерительного канала пропорцисжапен измеряе мому уровню И обратно пропорцисшален скорости распространения ультразвука в среде, а эталонного канала - обратно пропорционален скорости ультразвука. Отношение периодов следовнвя импуль сов измерительного и эталонного вана- лов пропорционально измеряемому ню. Импульсы с измерительного электроакустического канала через делитель час тоты импульсов поступают на управляющ вход счетчика импульсов, поаготавливая последний к счету заполняющих импульсо Импульсы с эталонного канала поступают на первый вход симметричного триггера, на вход которого поступают импульсы с выхода пересчетной схемы. Частота этих импульсов определяется коэффициентом пересчета пересчетной схемы и частоте генератора заполняющих импульсов. Импульсы с эталстшого канала и пересчетной схемы поочередно опрокидывают симметричный триггер, пр этом на его выходе появляются прямоугольные импульсы, поступающие на вход блока перестройки частоты. Блок пере- стройки частоты изменяет частоту генератора таким образом, чтобы поддерживать «а BbiTtoae триггера симметричные прямоугольные импульсы. При этом частота следования импульсов с пересчет- ной схемы будет равна, а частота генератора заполняющих импульсов пропорциональная частоте импульсов эталонного канала. Коэффициент пропорциональности равен коэффициенту пересчетной схемы. Импульсы с вых&да генератора поступают на счетный вход счетчика импульсов, который регистрирует количество импуль- сов, прсйцедшйх за период Ьлейованйя управляющих импульсов с делите;гя. Перестройка частоты генератора заполняющих импульсов позволяет ликвидировать составпя ющую ошибки измерения уровня, обусловленную изменением скорости распространения ультразвука в известном устройстве с постоянной частотой генератора заполняющих импульсов. При заданной точности измерения в предлагаемом устройстве увеличением коэффициента пересчетной схемы и уменьшением коэффициента деления делителя можно увеличить быстродействие устройства независимо от диапазона изменения скорости ультразвука. Формула изобретения Цифровой акустический уровнемер, содержащий автоциркуляцисшные измерительный и эталонныйэлектроакустические каналы, выход первого из которых делитель частоты подключен к управляющему входу счетчика импульсов, а ьыход второго - к одному входу симметришюго триггера, другой вход которого через пересчетную схему соединен с выходом генератора заполняющих импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений и быстродействия, в него введен блок перестройки частоты, вход которого подключен к выходу симметричного триггера, а выходк управляющему входу генератора заполняющих импульсов, выходом соединенного со счетным входом счетчика импульсов. Источники информации, принятые во нимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР 498496, кл. G О1 Г 2.3/28, 1973. 2.Авторское свидетельство СССР 322640, кл. Q 01 Р 23/28, 197О. 3.Авторское свидетельйтво СССР 322639, кл. G О1 F 23/28, 1966 (прототип).

-, . ,/ . . - %

.,.,« .ii,.;;--- Aiif;«