Вибрационный уровнемер жидкости Советский патент 1982 года по МПК G01F23/296 

(54) ВИБРАЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в устройствах для измерения уровня, основанных на преобразовании уровня в частоту колебаний резонатора.

Из1вестен частотный датчик уровня жидкости, резонатором которого Я9ляется дюралевая трубка, укрепленнац на овальном латунном упругом элементе, содержащий систему возбуждения и съема колебаний резонатора, включенные в цепь усилителя по обычной автогенераторной схеме tl.

Недостатком датчика является его ограниченное использование в виду невозможности измерения уровня под любый давлением или разрежением. Кроме того, при работе в режиме автоколебаний фазовый сдвиг в звеньях замкнутого контура автогенератора изменяет частоту генерации.

Наиболее близким к предлагаемому является .-датчик уровня, соде)жащий резонатор,выполненный в виде сдвоенного ка мертона, основания которого сообщаются с емкостью, систему возбуждения и съема колебаний резонатора t, 2

Недостатком известного датчика является погрешность измерения, обусловленная отклонением частоты .

5 автоколебаний от собственной часто ты резонатора. Другим недостатком является применение для выполнения резонатора трубок круглого сечения. Это объясняется тем, что максимальIQ ная их чувствительность к уровню достигается при очень малых величинах толщины стенки трубки (0,5-0,6 . Это ограничивает диапазон избыточных давлений контролируемых жидкостей. Причем, увеличение толщи15 ны- етенки трубки круглого сечения расширяет диапазон давленийj но снижает чувствительность. ,

Цель изобретения , повышение чувствительности и точности измерений

20

Поставленная цель достигается тем, что в известном вибрационном уровнемере, содержгицем резонатор, выполненный в виде сдвоенного камертона, основания которого сооб25щаются с-емкостью, систему возбуждения и съема колебаний резонатора, дополнительно введены усилитель-выпрямитель, два нуль-органа, блок суммирования интервалов времени,

30 блок возбуждения и счетчик импуль-

сов, причем, выход системы съема колебаний резонатора через усилительвыпрямитель подключен к входам двух нуль-органов, к другим входам которых подключены выходы источника опорного напряжения, выходы нуль-органов подключены к входу бло.ка суммирования интервалов времени, выход которого подключен к входу счетчика импульсов, а выход одного из нуль-органов подключен к входу блока возбуждения колебаний резонатора, выход которого подклю чен к системе возбуждения резонатора и к счетному входу счетчика им.пульсов.

На фиг. 1.представлена блок-схема уровнемера; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.

Уровнемер содержит сдвоенный трубчатый камертон 1, основания 2 и-2а которого закреплены на корпусе и сообщаются с контролируемой емкостью 3 в ее верхней и нижней частях соответственно. Для возбуждения колебаний камертона предусмотрен возбудитель 4, установленный в отсеке корпуса. В качестве системы съема служит электромагнитный адаптер 5, выход которого подключен k входу усилителя-выпрямителя 6, выход последнего подключен к входам нуль-органов 7 и 8, другие два входа которых подключены к источнику эталонного напряжения 9, выходы нуль-органов подключены к входу блока суммирования интервалов времени 10, а выход этого блока подключен к счетчику 11.- Выход одного из нульорганов подключен к блоку возбуждения 12, выход которого подключен к. счетчику и к входу системы возбуждения колебаний.

На фиг. 2 обозначено: I - импульсы возбуждения; |1 - напряжение на выходе системы съема колебаний; III - напряжение на выходе усилителя-выпрямителя; и. напряжение верхней и нижней уставок, источника 9 соответственно.

Работа устройства осуществляется следующим образом.

Контролируемая жидкость из емкости 3 поступает по ветвям камертона 1 и заполняет их до уровня h, считая от основания. Из блока 12 в катушку системы возбуждения 4 подается короткий импульс тока и ветвь притягивается к полюсам катушки возбуждения. После прекращения подачи импульса резонатор совершает затухающие гармонические колебания, которые с помощью системьа съема 5 преобразуются в затухающие по амплитуде напряжения переменного тока (фиг. 2,11). Это напряжение с помощью выпрямителя 6 преобразуется в уменьшающееся по

экспоненциальному закону напряжение постоянного тока Ug, которое подается на вход двух нуль-органов 7 и 8. Величина опорного напряжения и нуль-органа 7 в е 2,73

раз больше опорного напряжения Ujr нуль-органа 8 (указанные напря.жения формируются в блоке 9). В момент, когда DO Uf , нуль-орган 8 подает в блок 10 сигнал о прекращении счета инструментального времени. В блоке 10 фиксируется время (ц- затухания напряжения U между двумя уровнями ULj и Ц. Этот сигнал ,;:от нуль-органа 8 заставляет

5 сработать блок возбуждения 12, который посылает короткий импульс тока в. счетчик импульсов 11 и в катушку системы возбуждения 4. Описанный процесс повторяется до тех пор, пока в блоке 10 не накаплива,ется заданный оператором интервал времени Т . В счетчике 11 за это время накапливается число импульсов N тока возбуждения. Очевидно, что

N

(1)

Т lAt Nfl.t

где i-tcp средний интервал времени. Процесс поясняется временной

0 диаграммой. Информативным является не астрономическое, а инструментальное время At, так как измерение уровня производится не непрерывно, а только за время, проходящее

между срабатываниями нуль-органов .7 и 8, т.е. за указанное время ut.

Таким образом, резонатор в предлагаемой системе совершает релакQ сационные колебания, средняя частота fj-p которых находится из условий

(1)

, 1 N

(2)

V Т При свободных колебаниях величина декремента затухания определяется из уравнения экспоненты

где. Y, Hlj, U и фиксированные амплитуды колебаний резонатора и соот5ветствующие им

напряжения на выходе выпрямителя - интервал времени затухания резонатора от амплитуды р до амплитуды у Так какиЖге, то уравнение (3) принимает вид

J

С)

V &tj Подставив в (k) .формулу, описывающую измеряемый уровень жидкости {.щ.у где момент инерции пустой ветви с укрепленными на ней д талями; . сечение ветви; Л - декремент затухания пустой . ветви; п - декремент затухания резона С учетом (1) получаем, что уровень контролируемой жидкости находится из выражения % п JDDif CUIiCZnnn i,yi-. .k±tpf/ V. Ni4Mo V3 .N -Noy/3 ,. . , tSbS N ; W VSoS At о /4SbS N ; где MO- число импульсов, накопленно в счетчике 11 при уровне h - 0. Формула изобретения 1. Вибрационный уровнемер жидко ти, содержащий резонатор, выполнен ный в виде сдвоенного Кс1мертона, основания которого сообщаются с ем костью, систему возбуждения и систему съема колебаний резонатора,, о/т л и ч а ю ад и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности изменения, уровнемер до полнительно снабжен усилителем-выпрямителем, двумя нуль-органакш источником опорных напряжений, блоком суммирования, блоком возбуждения и счетчиком импульсов, причем выход системы съема колебаний резонатора подключен на вход усилителя-выпрямителя, выход которого подключен к входам двух нуль-органов, к другим входам которых подключены вьоходы источника опорных напряжений выходы нуль-органов подключены к входу блока суммирования, выход которого подключен к входу счетчиТса импульсов, а выход одного из нульорганов подключен к входу блока возбуждения колебаний, резонатора выход которого соединен с системой возбуясдения резонатора и с входом счетчика импульсов. 2. Вибр.адионный уровнемер по п. 1, отличают, .и йся тем, что ветви камертона выполнены из трубок эллиптического сечения, большая ось которого перпендикулярна плоскости системы возбуждения колебаний резонатора. Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе 1. Новицкий П.В., Кнорринг В.Г., Гутников B.C. Цифровые приборы с астотными датчиками. Л., Энергия 1970, с. 114-115. . 2. Авторское свидетельство СССР 648843, кл. G 01 F 23/28, 1977 (прототип).