Устройство для измерения количества вещества в емкости Советский патент 1979 года по МПК G01F23/296 G01F17/00 

Изобретение относится к технической акустике и области измерительной техники и может быть использовано для измерения количества вещества при произвольном положении его в емкости. известны устройства для измерения количества вещества в емкости 1, Содержащие генератор, источник и при емник колебаний, усилитель и детектор. Результаты измерения количества вещества при помощи этих устройст зависят от физических параметров газовой и контролируемой сред, а также от упругих свойств стенок емкости и не имеют высокой точности. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения количества вещества в емкости 2, содержащее генератор синхронизирующих импульсов, детектор, излучатель акустических колебаний и приемник, к выходу которого подключен усилитель. Недостатком этого устройства также является зависимость его показани от физических свойств газовой и конт ролируемой сред, а также поглощающих свойств стенок емкости, что вносит существенную дополнительную погрешность. Целью изобретения является повышение точности измерения количества вещества в емкости. Поставленная цель достигается тем, что в устройство дополнительно введены генератор широкополосного сигнала, четыре электронных ключа, второй детектор, источник постоянного напряжения, два интегратора, два нуль-индикатора, устройство управления и измеритель временных интервалов, при этом выход генератора широкополосного сигнала через модулятор подключен к входу излучателя. акустических колебаний, выход усилителя через основной детектор подключен к входу первого электронного ключа и через второй детектор - к входам второго и третьего электронных ключей,к входу четвертого электронного ключа подсоединен выход источника постоянного напряжения, вход первого интегратора подключен к выходам первого и второго электронных ;ключей, а вход второго - к выходам третьего и четвертого электронных ключей, входы нуль-индикаторов подключ.ены соответственно к выходам интеграторов, входы устройства управ ления присоединемы к выходам нульиндикаторов и генератора синхронизирующих ИМПУЛЬСОВ; причем выход после.цнего подключен также к управляющему входу модулятора, вход измерителя временных ь нтервалов по/дключек к одному из выходов устройства управ ления, а остальные четыре выхода пог следиего присоединены к управляющим входам электронных ключей. Яа фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для измерения количества вещества в емкости: на фиг, 2 -- временные диаграм ы напряжений в различных точках схе MIX , Устройство содержит х енератор 1 ши рокополосного сигнала, выход которог через модулятор 2 подключен к входу излучателя 3 акустических колебаний, второй и третий электронные ключи 4 и 5, к входам которых подключен выход детектора 6, четвертый электронный ключ 7, к входу которогоподклкэчен источник 8 постоянного напряжения первый электронный ключ 9, к входу KOTOpoio присоединен выход основного детектора 10, причем к входу второго детектора б и детектора 10 через усилитель 11 подключен выход приемника 12 акустических колебаний, нуль-индикатор 13, вход которого через интегратор 14 присоединен к выходам ключей 4 и 9, нуль-индикатор 15, вход которого через интегратор 16 подключен к выходам ключей 5 и 7, устройство управления 17, входы которого присоединены к выходам нульиндикаторов 13 и 15 и генератора 18 синхронизирующий импульсов, выход ко торого также подключен к управляющему входу модулятора 2, измеритель 19 временных интервалов,, вход которого присоединен к одному из выходов устройства управления, четыре остальных выхода последнего подключены к управ ляющим входам ключей 4, 5, 7 и 9. В процессе измерения количества вещества в емкости на излучатель 3 поступает широкополосной сигнал звуковой частоты (например, шум или час тотно-модулированный сигнал) от гене ратора 1 широкополосного сигнала, промодулированный по амплитуде прямоуголь,ными импульсами от генератора 18 синхронизирующих импульсов при помощи модулятора 2. 3 момент подачи заднего фронта импульса от генератора 19 на управляюгдий вход модулятора 2 происход ит выключение звука в емкости, одновременно устройство управ ления формирует сигнал, открывающий ключ 9. Затухающий по экспоненциальному закону сигнал, принимаемый прие НИКОМ 12 акустических колебаний, уси ливается при помощи усилителя 11, а го огибающая выделяется при- помощи етектора 10 и через ключ 9 поступает а вход интегратора 14. Ключ 9 закрыается сигналом,, поступающим на его правляющий вход от устройства управения 17, по истечении заранее заданного промежутка времени TO, большего лительности переходного процесса. По истечении промежутка времени, равного 2Тд, устройство управления формирует сигналы, открывающие ключи 4 и 7. Сигнал отрицательной полярности, равный амплитудному значению широкополосного сигнала в установившемся режиме, с выхода детектора 6 через ключ 4 поступает на вход интегратора 14, а постоянное напряжение положительной полярности от источника постоянного напряжения 8 на вход интегратора 16 через ключ 7, По достижении нуля на выходе интегратора 14 устройство управления формирует сигналы на закрытие ключей 4 и 7 на открытие ключа 5. Через ключ 5 сигнал отрицательной полярности, равный амплитудному значению широкополосного сигнала в установившемся режиме, с выхода детектора 6 поступает на вход интегратора 16. По достижении нуля на входе интегратора 16 устройство управления формирует сигнал на закрытие ключа 5. йуль-инди-: каторы 13 и 15 служат для фиксации нулевых уровней напряжения на выходах интеграторов 14 и 16 и подачи соответствующих логических сигналов на входы устрбйства управления 17, которое, в свою очередь, формирует интервал времени между поступлением сигналов от индикаторов 13 и 15 соответственно. Сигнал, приводящий измеритель 19 временных интервалов в исходное состояние, поступает также от устройства управления 17. Промежуток времени, измеренный измерителем 19 временных интервалов, будет пропорционален свободному от контролируемой среды объему и не зависит от физических свойств газовой и контролируемой сред, а также от поглощающих свойств стенок емкости. . Работу .устройства иллюстрируют .временные диаграмглы (на фиг. ,2) , где и - напряжение на выходе модулятора 2;-U2- напряжение на выходе усилителя 11; Uj- напряжение на выходе детектора 10; U.- напряжение на выходе детектора 6; напряжение на управляющем входе ключа 9; напряжение на управляющем входе ключа 4; U-, - напряжение на управляющем входе ключа 5 Ug- напряжение на управляющем входе ключа 7; (Jq- напряжение на выходе интегратора 14; U - напряжение .на выходе интегратора . 16. . Электронные ключи 4, 5, 7 и 9 открываются при подаче напряжения на иу управляющие входы.

Известно, что реакция замкнутого объема на импульсное широкополосное акустическое воздействие описывается выражением

(;-

4Р

е CS, при включении источника звука и --..lP elCSd t SOL 4.V при выключении источника звука, где - плотность звуковой энергии Р мощность источника звуковых колеба,ний; С скорость звука; S внутре няя площадь емкости; оС- коэффициен поглощения внутренней поверхности е кости; V - объем; t - время, Напряжение на выходе детектора после выключения источника звука оп сывается выражением 4-К.Р -cs --ct: Напряжение на выходе детектора 6 по сле, включения источника звука описы вается выражением / -CS, л . а в установившемся режиме 4К2Р U4--C где К - общий коэффициент передач приемника 12 акустических колебаний усилителя 11 и детектора 10; К2 общий коэффициент передачи приемника 12 акустических колебаний, усили теля 11 и детектора 6. На вход интегратора 14 подается сначала напряжение Ug в течение времени Tjj, а затем напряжение U в теч ние времени Т , причем напржкение н выходе интегратора 14 по истечении времени равно нулю,- к за время от TQ до 2 TO напряжение на входе интегратора отсутствует. Таким обра зом, с учетом выражений (1) и (2) можно записать ITo-KTi г .д, , J где Cuii постоянная времени интегр тора 14, Решая уравнение (3) относительно Т при достаточно большом времени То получим Т JiiliiZX На вход интегратора 16 подается сначала напряжение от источника 8 п

стоянного напряжения в течение времени Т , а затем напряжение U в течение времени Т , причем напряжение на выходе интегратора 16 по истечении времени 2TotT t будет равно нулю. Таким образом можно записать -V, ат, tr - S, iVT где Csjj - постоянная времени интегратора 16; UQ- напряжение на выходе источника напряжения 8, Решая уравнение (5) .относительно f- и подставляя вместо Т правую часть выражения (4), получим: r-: к| Если коэффициенты 2 передачи детекторов 6 и 10 равны, то К - и выражение (4) можно записать Таким образом, время Т пропорционально свободному объему емкости и не зависит от параметров С ,s и сХ, а объем контролируемого вещества будет равен разности между общим объемом емкости и объемом V, Устройство обладает более высокой точностью измерения,, чем известные, за счет независимости его показаний от физических сво.йств газовой и контролируемой сред и звукопоглощающих свойств внутренних стенок емкости. изобретения Устройство для измерения количества вещества в емкости, содержащее генератор синхронизирующих импульсов, детектор, излучатель акустических колебаний и приемник, к выходу которого подключен усилительf отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены генератор шlipoкoпoлocнoгo сигнала, четыре электронных ключа, второй детектор, источник постоянного напряжения, . два интегратора, два нуль-индикатора, устройство управления и измеритель временных интервалов, при этом выход генератора широкополосного сигнала через модулятор подключен к входу излучателя акустических колебаний, выход усилителя через основной детектор подключен к входу первого электронного ключа и через второй детектор к входам второго и третьего электронных ключей, к входу четвертого электронного ключа подсоединен выход источника постоянного напряжения, вход первого интегратора подключен к выходам первого и второго электронньах ключей, а вход второго - к выходам третьего и четвертого электронных ключей, входы нуль-индикаторов подключены соответственно к выходам интеграторов, входы устройства управления присоединены к выходам нульиндикаторов и генератора синхронизирующих импульсов, причем выход последнего подключен также к управляющему входу модулятора, вход измерителя временных интервалов подключен

к одному из выходов устройства управления, а остальные четыре выхода последнего присоединены к управляющим входам электронных ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 282687, кл. G 01 F 23/28, 1962.

2,Авторское свидетельство СССР

№ 507781,- кл. G 01 F 23/28, 1976 (прототип) .

Я

{2