Ультразвуковой сигнализатор уровня и раздела двух несмешивающихся жидкостей Советский патент 1982 года по МПК G01F23/296 

(54) УЛБТРАЗВУКОВОй СИГНАЛИЗАТОР УРОВНЯ И РАЗДЕЛА ДВУХ НЕСМЕШИВАЮЩИХСЯ ЖИДКОСТЕЙ

Изобретение относится к ультразвуково-му приборостроению и предназначено для контроля уровня и раздела двух несмешивающихся жидкостей в резервуарах хранения нефтепродуктов различных нефтебаз, в нефтяной и нефтехимической промышленности.

Известен индикатор границы раздела, содержащий акустический датчик, состоящий из излучающего и приемного пьезоэлементов, генератор и схему регистрации 1,

. Однако в данном устройстве падающий на границу раздела ультразвуковой сигнал претерпевает однократное отражение, так как, если не выполняется условие полного внутреннего отражения, то преломленный луч частично попадает на приемный пьезоэлемент, что снижает динамический диапазон чувствительности и надежность сигнализатора.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой сигнализатор границы раздела двух сред, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде излучающего и приемного электроакустических преобразователей, стакан, заполненный рабочей жидкостью, блок питания, приемник, выполненный в виде широкополосного усилителя и

5 детектора, и блок сигнализации 2. .

Недостатком известного устройства является недостаточная точность и надежность измерений.

, Цель изобретения - повышение точности измерений.

10

Поставленная цель достигается тем, что чувствительный элемент снабжен отражателем, погруженным в стакан, излучающий и приемный электроакустические преобразователи включены в цепь обратной

)5 связи широкополосного усилителя, а угол наклона чувствительного элемента к границе раздела.

cj arcsin ,

где сА, - угол ориентации излучающего и приемного электроакустических преобразователей относительно перпендикуляра к плоскости отражателя;

© -угол падения ультразвукового луча на контролируемый.

На фиг. 1 представлена функциональная схема ультразвукового сигнализатора уровня; на фиг. 2 - схема чувствительного элемента.

Устройство состоит из излучающего 1 и приемного 2 электроакустических преобразователей, плоского рефлектора 3, помещенного в стакан 4, заполненный контролируемой жидкостью, широкополосного усилителя 5, детектора 6 и блока сигнализации 7, состоящего из электронного ключа, нагруженного на сигнальное реле.

Излучающий и приемный преобразователи ориентированы симметрично относительно перпендикуляра, проведенного к середине плоского рефлектора и наклонены к нему под одинаковым углом оЦ обеспечивающим полное отражение от него ультразвукового луча. Плоскость чувствительного элемента наклонена по отнощению к границе раздела под углом А , который связан с углом at и углом падения ультразвукового луча на контролируемый разделв соотношением 01 arcsin Сигнализатор работает следующим образом. Когда ультразвуковые лучи (падающий и отраженный от плоского рефлектора) не пересекает контролируемая граница раздела, коэффициент передачи увеличивается, что влечет за собой за счет положительной обратной связи резкое возрастание коэффициента усиления щирокополосного усилителя, который при соблюдении условия баланса фаз переходит в режим генерации усилителя, с частотой f п slnd, находящейся в полосе частот, равной ± 100 кГц относительно резонансной частоты пьезоэлементов, включенных на входе и выходе щирокополосного усилителя (d - расстояние между центрами пьезоэлементов, п 1,2 , 3...). Генерация широкополосного усилителя при помощи детектора и электронного луча по срабатыванию сигнального реле фиксируется как момент появления нижней жидкости в зоне действия чувствительного элемента сигнализатора. Когда граница раздела пересекает ультразвуковые лучи чувствительного элемента, его коэффициент передачи практически уменьшается до нуля, так как в этом случае ультразвуковой луч, идущий от излучающего пьезоэлемента, падает на контролируемую границу раздела под углом & близким или больше критического угла полного внутреннего отражения для жидкостей, образующих контролируемый раздел.

Даже в том случае, когда не соблюдается полное внутреннее отражение, ультразвуковой луч за счет двукратного отражения от границы раздела меняет свое направление и не попадает на приемный пьезоэлемент, что влечет за собой уменьшение положительной обратной связи широкополосного усилителя и срыв генерации, что призодит к обесточиванию реле и к сигнал 1зации о том, что в зоне действия чувствительного элемента появилась верхняя жидкость.

Предложенное устройство позволяет простыми средствами с большой точностью измерять положение уровня и границы раздела двух несмешивающихся жидкостей. Формула изобретения Ультразвуковой сигнализатор уровня и раздела двух несмешивающихся жидкостей, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде излучающего и приемного электроакустических преобразователей, стакан, заполненный рабочей жидкостью, широкополосный усилитель, детектор и блок сигнализации, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности, чувствительный элемент снабжен отражателем, погруженным в стакан, излучающий и приемный электроакустические преобразователи включены в цепь обратной связи широкополосного усилителя, а угол наклона чувствительного элемента к границе раздела w arcsin, где ot - угол ориентации излучающего и приемного электроакустических преобразователей относительно перпендикуляра к плоскости отражателя; © - угол падения ультразвукового луча на контролируемый раздел. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3520181, кл. 73-290, 1971. 2.Авторское свидетельство СССР ЛЬ 210410, кл. G 01 F 23/28, 1966.