Ультразвуковой уровнемер Советский патент 1982 года по МПК G01F23/296 

Изобретение относится к измерени1и уровней жидкости и может быть использовано в коксохимической, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

По основному авт.св. № 558169 известен ультразвуковой уровнемер, содержащий акустический датчик, генератор ударного возбуждения, контрольное устройство, состоящее из дополнительного приемного устройства, схемы совпадения, мультивибратора, рабочего приемного устройства, балансного модулятора, интегратора, сумматора и регистратора 1.

Недостатком известного уровнемера является узкий диапазон измерения, связанный с сильным поглощением ультразвука некоторым типом жидкостей.

Цель изобретения - расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что генератор ударного возбуждения выполнен в виде последовательно соединенных регулятора длительности, формирователя импульсов, смесителя и усилителя мощности, а также синхронизатора, подключенного к второму входу формирователя импульсов, генератора наполнения, вход которого через частотно-импульсный модулятор подключен к второму выходу формирователя импульсов, а выход 10к второму входу смесителя.

На чертеже изображена блок-схема прибора.

Ультразвуковой уровнемер состоит из акустического датчика 1, вклю15чающего рабочий 2 и контрольный 3 излучатели-приемники, закрепленные в одном корпусе и жестко закрепленной на нем призмы , генератора ударного возбуждения 5, включающего уси20литель 6 мощности, смеситель. 7, генератор 8 наполнения, синхронизатор 9i формирователь 10 импульсов, часTotHO-импульсный модулятор 11 и регулятор 12 длительности формируемых импульсов, а также мультивибратора 13 схемы 14 совпадения, дополнительного приемного устройства 15 блансного модулятора 16, рабочего приемного устройства 17, интегра™ тора 18, сумматора 19 и регистратора 20.

Устройство работает следующим образом.

Акустический датчик 1 помещен в измеряемую среду на фиксированном ,расстоянии ct от нижнего основания резервуара или контрольного отражателя. Генератор 5 ударного возбуждения вырабатывает высокочастотные стабильные импульсы малой длительности (.100-200 мкс) , заполненные резонансной частотой излучателя-приемника 2. Эти импульсы формируются синхронизатором Э, который вырабатывает прямоугольные импульсы из положительного или отрицательного полупериода, например, сетевой .частоты 50 Гц, или другой и запускает формирователь 10, который формирует импульс с заранее заданной амплитудой и крутизной фронта. Одновременно регулятор 12 длительности формируемых импульсов воздействует на формирователь, изменяя при нгвстройке длительность его 4 мпульсов. Это улучшает согласование генератора с .нагрузкой-излучателямигприемниками 2,3, а также изменяет 0еличину нечувствительности (мертвой зоны) устройства. Импульс формирователя 10 поступает на вход смесителя (например, элемента И) 7, на второй вход которого поступают импульсы генератора наполнения 8. В результате, на выходе смесителя 7 получаем импульсы формирователя, заполненные определенной частотой генератора 8 наполнения, которые усиливаются в усилителе мощности 6. Частота генератора наполнения 8 зависит от резонансных свойств рабочего излучателя-приемника 2 (например, пьезокерамического излучателя).

При измерении уровней взрывоопасных, токсичных сред, например, сырого бензола, каменноугольной смолы излучатели-приемники, закрываются защитными оболочками.Максимальная нагрузочная способность излучателейприемников в этих условиях строго индивидуальна и находится в прямой зависимости от частоты генератора

,Jdaпoлнeния, так как резонансная частота излучателя-приемника в соединении с дном корпуса зависит от способа его крепления, изоляции от дна корпуса и толщины корпуса. Поэтому при настройке устройства изменяют длительность формируемого импульса регулятором 12 и частоту генератора 8 наполнения таким образом, что добиваются оптимального согласования излучателя-приемника 2 с дном корпуса датчика. При этом отраженный сигнал на входе рабочего приемного устройства 17 имеет максимальное значение.

Импульсы усилителя мощности 6 возбуждают рабочий излучатель-приемник 2. Последний преобразует высокочастотные колебания в механические колебания среды, которые, отразившись от рабочей грани призмы k, распространяются до границы раздела А-Б. Отразившись от границы раздела двух сред, ультразвуковые механические колебания через рабочую грань призмы воспринимаются тем же излучателем-приемником 2, преобразуются в высокочастотные колебания, которые поступают на вход рабочего приемного устройства 17, где преобразуются с помощью генератора 5 ударного возбуждения во временный интервал, пропорциональный измеряемому расстоянию.

Одновременно генератор 5 зондирующих импульсов возбуждает контрольный излучатель-приемник 3 который работает аналогично рабочему излучателю-приемнику 2.

Рабочее приемное устройство 17 работает на резонасной частоте излучателя-приемника 2. Поскольку рабочее приемное устройство 17 и генератор 8 наполнения работают на одинаковой частоте, при высокой чувствительности рабочего приемного устройства 17, возможен прием последним непосредственно сигналов генератора 8 наполнения, вызывая сложные срабатывания рабочего приемного устройства 17. Для исключения этого, в момент действия зондирующего импульса, формирователь 10 импульсов запускает частотно-импульсный модулятор 11, который настраивает генератор 8 наполнения на резонансную частоту узла излучатель-приемника 2 с дном корпуса датчика. В ждущем режиме, т.е., когда зондирующий импульс отсутствует и идет прием отраженного сигнала, генератор 8 наполнения работает на частоте, отличной от резонансной частоты рабочего приемного устройства 17 и ложные.срабатывания после него исключаются. Эффективность запуска и отключения генератора 8 наполнения формирователем 10 импульсов низка из-за наличия переходных процессов в гене раторе 8 наполнения при его включении-выключении в условиях длительности зондирующего импульса порядка 100-200 МКС. Излучатель-приемник 3 измеряет постоянное расстояние до контрольного отражателя (дна резервуара) че рез вторую рабочую грань призмы . Высокочастотные импульсы с излучателя-приемника 3 поступают в дополнительное приемное устройство 15 где преобразуются с помощью генератора 5 импульсов в временный интервал, пропорциональный фиксированному расстоянию до контрольного отражателя. Импульсы временного интервала с приемного устройства 15 сравниваютс в схеме }k совпадения с импульсами стабильной длительности мультивибратора 13, синхронизированного по времени с запуском усилителя мощности 6, причем длительность импульсов мультивибратора устанавливается большей максимально возможного времени прихода отраженного сигнала контрольного измерителя. По лученный сигнал рассогласования изза изменения температуры, либо изме 6 нения плотности или фракционного состава измеряемой среды поступает совместно с сигналом рабочего приемного устройства 17 в балансный модулятор 16, где модулируется постоянной составляющей рабочего приемного устройства Далее сигнал интегрируется в интеграторе 18 и складывается с некорректированным сигналом рабочего приемного устройства 17 в сумматоре 19 и регистрируется в регистраторе 20. Предложенное устройство позволяет измерять с большой точностью уровень сильнопоглощающих, сложных по молекулярному составу жидких сред и т.д. формула изобретения Ультразвуковой уровнемер по авт. св. № 558169, отличающийс я тем, что, с целью расширения диапазона измерений, генератор ударного возбуждения выполнен в виде ледовательно соединенных регулятора длительности, формирователя импульсов, смесителя и усилителя мощности, а также синхронизатора, подключенного к второму входу формирователя импульсов, генератора наполнения, вход которого через частотно-импульсный модулятор подключен к второму выходу формирователя импульсов, а выход - к второму входу смесителя. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Авторское свидетельство СССР № 558169, кл. G 01 F 23/28, 1975.