Способ компенсации погрешностей акустических локационных уровнемеров и устройство для его осуществления Советский патент 1980 года по МПК G01F1/66 

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может найти применение для измерения и контроля уровня жидкости в емкостях методом ультра- 5 звуковой локации без непосредственного контакта акустического датчика с контролируемой жидкостью.

Известен способ компенсации погрешностей ультразвуковых акустических ю уровнемеров при локации уровня через газ с использованием реперного канала термокомпенсации, которая осуществляет.ся посредством деления временных интервалов-импульсов . друг на дру-.| j га для исключения ошибки из-за возможных изменений скорости padnpocTpaнения ультразвука в прозвучиваемой среде 1 .

Недостатками этого способа явлшот-20 ся трудность осуществления деления сигналов без погрешностей и малый амплитудный рабочий диапазон.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является 25 способ компенсации погрешностей акустических локационных уровнемеров, основанный на одновременном синхронизированном излучении ультразвуковых ра.бочих импульсов и реперных импульсов.

проходящих фиксированное расстояние, их приеме, усилении, разделении во времени и формировании реперного прямоугольного мпулъса, передний фронт которого соответствует моменту излучения ультразвуковых импульсов, а задний - моменту прихода реперного ультразвукового импульса 2 ,

Этот способ компенсации изменений физических параметров прозвучиваемой среды имеет следующие недостатки: изменения частоты задающего генератора приводят к дополнительным ошибкам измерения расстояния до контролируемого уровня

изменения формы и длительности отраокенного сигнала от шероховатости или наклонных отражгиощих поверхностей также приводят к дополнительной ошибке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее излучающий и приемный пьезоэлементы акустического датчика, синхронизатор, делитель частоты, генератор зондирующих ультразвуковых импульсов, акустический дат.чик с излучателем и приемником, усилитель, измерительный триггер и индикатор 3 .

Однако это устройство не обеспечивает независимости показаний уровня при изменении температуры, давления или состава газовой среды.

Цель изобретения - повышение точности и стабильности компенсации при изменении физических параметров прозвучи в аемой среды.

Поставленная цель достигается тем, что реперный прямоугольный импульс сравнивают с временным интервалом импульсов, полученных при делении частоты синхронизирующих импульсов, и вырабатывают сигнал ошибки, которым изменяют частоту синхронизирующих импульсов и период следования рабочих и реперных ультразвуковых импульсов, причем отношение этого периода к длительности реперного прямоугольного импульса оставляют постоянным

Устройство для осуществления способа снабжено установленным на датчике реперным отражателем, схемой разделения реперного и измерительного сигналов, триггером репарного интервала, схемой сравнения временных интервалов и схемой сигнала ошибки, при этом усилитель соединен с синхронизатором через последовательно соединенные схему разделения реперного и измерительного сигналов, триггер реперного интервала, схему сравнения временных интервалов и схему сигнала ошибки, выход делителя частоты соединен со вторыми входами разделения реперного и измерительного сигналов, триггера реперного интервала, измерительного триггера и схемы сравнения временных интервалов, а второй выход схемы разделения реперного и измерительного сигналов соединен с первым входом измерительного триггера

Реперный отражатель мойсет быть выполнен с плоской отражакндей поверхностью.

На чертеже представлена блок-схема устройства, с помощью которого регшизуется способ.

Устройство состоит из синхронизатора 1, соединенного с делителем частоты 2, выполненным на триггерах, котбрый, в свою очередь, подключен к генератору 3 зондирующих ультразвуковых импульсов и далее к излучающему преобразователю 4 акустического датчцка 5, реперного отражателя б, установленного выше максимального уровня Ж дкости 7, находящейся в емкости 8, тфиемного преобразователя 9, усилителя 10, к выходу которого подключена схема 11 разделения реперного и измерительного сигналов. К одному из входов cxeNSd 11 подключен триггер 12 реперного интервала, соединенный через схему сравнения 13 и схему 14 выработки сигнала ошибки с синхронизатором 1, а к другому - измерительный

триггер 15, импульсы которого поступают на индикатор 16.

Устройство работает следующим о&разом.

Синхронизатор 1 вырабатывает короткие прямоугольные импульсы с периодом следования, являющимся функцией скорости распространения ультразвуковых колебаний в газовой среде над уровнем контролируемой жидкости. Делитель частоты 2, запускаемый импульсами синхронизатора, вырабатывает:

а)импульсы с периодом Тр Nt, для запуска зондирующего генератора 3 и триггера 12 реперного интервала, где to - период повторения импульсов синхронизатораJ

б)импульсы для управления работой схемы разделения реперного и измерительного отраженных сигналов,

в)импульсы для управления измерительным триггером 15, задержанные по отношению к импульсам зондирующего генератора на время п t , соответствующее времени поступления измерительных сигналов, отраженных от дна пустой емкости 8 (донные импульсы);

г)импульсы с длительностью mto и периодом То, поступанадие на схему 13, N, п, m - целые постоянные числа, причем N п m.

Зондирукнций генератор 3 после запуска импульсом делителя частоты 2 возбуждает пакетный пьезоэлектрический преобразователь 4, в результате чего в газовую среду посылается ультразвуковой шлпульсный сигнал в направлении реперного отражателя 6 и поверхности жидкости 7. После отражения на приемный преобразователь 9 (аналогичный преобразователю 4) поступает сначала реперный, а затем и измерительирЕяй сигналы, так как реперный отражатель б устанавливается выше максимального уровня жидкости в емкости. Усилитель 10 усиливает отраженные сигналы, схема 11 разделяет отраженные сигналы (по времени поступления) , и сягналы поступают на соответствующие триггеры 12 и 15. Измерительный триггер 15 опрокидывается принятым измерительным импульсом и возвращается в первоначальное состояние донным импульсом, поступакщим от делителя частота 2. Таким образом на его выходе формируется импульс, длительность которого равна разности

где

np

t rf - время прохождения донного импульcS, „„ са, tпр время прохождения,равное 2 h/C, h - расстояние от датчика до поверхности жидкости, С - скорость распространения ультразвука. С выхода триггера 15 импульсы поступают на индикатор 16, напряжение на котором равно

nJQ-zfa

tg-t,

., А. Nt где А - постоянней интегратора индикатора . Триггер 12 репернЬго интервала оп рокидывается импульсом запуска эонди руквдего генератора и возвращается в первоначальное состояние принятым ре перным импульсом, поэтол(у на его выходе образуется импульс реперного ин тервала длительностью 2 1/с, где 1 - расстояние от датчика дорепе иого отражателя. С выхода триггера 12 импульсы поступают на первый вход cxeivsjt 13, на второй вход этой схемы поступают импульсы с длительностью mt от делите ля 2. Схема 13 сравнивает длительность импульсов, поступающих на ее входы, и вырабатывает сигнал ошибки воздействующий на период импульсов. так, что всегда обеспечивается задан ное соотношение . mio . . 26 1 -р-Aj-const.t.AV j;;j- После подстановки выражения (2) в формулу (1) и упрощения получают вь„-|1 («.Mh)ВЫХАИз выражения (3) следу ет, что показания индикатора 16 определяются измеренным значением уровня контроли руемой жидкости (h) и не зависят от величины скорости распространения ультразвука в газовой среде, т.е. от таких параметров последней, как температура, давление, состав. изобретения . 1. Способ компенсации погрешносте акустических локационных уровнемеров основанный на одновременном синхрони зированном излучении ультразвуковых рабочих импульсов к реперных импульсов, проходящих фиксированное рассто яние, их приеме, усилении,разделении во времени и формировании реперного прямоугольного импульса, передний фронт которого соответствует моменту излучения ультразвуковых импульсов, а задний - моменту прихода реперного ультразвукового импульса, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и стабильности компенсации при изменении физических параметров прозвучиваемой среды, реперный прямоугольный импульс сравнивают с временным интервалом импульсов, полученных при делении частоты синхронизирующих импульсов, и вырабатывают сигнал ошибки, которым изменяют частоту синхронизирующих импульсов и период следования рабочих и реперных ультразвуковых импульсов, причем отношение этого периода к длительности реперного прямоугольного импульса оставляют постоянным. 2.Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, делитель частоты, генератор зондирующих ультразвуковых импульсов и излучатель акустического датчика, приемник которого соединен с усилителем, и измерительный триггер, соединенный с индикатором, отличающееся тем, что оно Снабжено установленньтм на датчике реперным отражателем, схемой разделения реперного и измерительного сигналов, триггером реперного интервала, схемой сравнения временных интервалов и схемой сигнала ошибки, при этом усилитель соединен с синхронизатором через последовательно соединенные схему разделения реперного и измерительного сигналов, триг- гер реперного интервала, схему сравнения временных интервалов и схему сигнала сяиибки, вход делителя частоты соединен со вторыми входами схемы разделения реперного и измерительного сигналов, триггера реперного интервала, измерительного триггера и схемы сравнения временных интервалов, а второй выход схемы разделения реперного и измерительного сигналов соединен с первым входом измерительного триггера. 3.Устройство по п. 2, отличающееся тем, что реперный отражатель выполнен с плоской отражаЕощей поверхностью. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Ультразвуковые методы контроля. М., ИИИИПИ, 1972. 2.Авторское свидетельство СССР 556342, кл. G 01 F 1/66, 1976. 3.Авторское свидетельство СССР W 340900, кл. G 01 F 1/66, 1968.