CN2100612U

CN2100612U - 声纳式液位计

Info

Publication number: CN2100612U
Application number: CN 90209099
Authority: CN
Inventors: 王定华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-06-26
Filing date: 1990-06-26
Publication date: 1992-04-01

Abstract

本实用新型称为声纳式液位计，是利用声纳原理从容器外边来测量容器液体液位的高度，通过一个间歇振荡器，周期性地产生一个持续期很短的超音频振荡信号；将该振荡信号送至一个超声波发射、接收探头，它将该振荡信号转换成超声波，从容器的底壁上沿垂直于该液体自由上表面的方向发射该超声流，并接收反射的超声波，将其转换成相应的电信号；用一个液位高度测量显示装置来测定由容器中液体上表面和下表面分别反射回来的超声波信号之间的时间间隔，从而得出容器中液位高度的一个量度。

Description

本实用新型涉及液位测量仪器，更具体地说，是涉及一种声纳式液位计。

目前使用的液位计有插管式液位计和浮球式等数种，插管式液位计是在容器上***一根玻璃管直接观察液面位置的高度。浮球式则在容器内装一金属空心浮球，通过连杆机械从容器外部观测漂在液面上的浮球的高度。现有的这些液位计都有一个共同的缺点，即都要在容器壁上开孔，这就会影响密封性和可能造成贮放在容器内液体的泄漏。这在压力容器的情况下，问题就显得更加严重，由于压力容器内的压力可能高达几十、甚至几百大气压，开孔造成应力集中，严重地影响到高压容器的安全性和可靠性。

本实用新型的目的就是要在无需对容器开孔的情况下实现对容器内液体液位的测量。这保证了容器、特别是压力容器的密封性、安全性和可靠性。

本实用新型是利用声纳原理来测量容器内液体液位的高度，通过一个间歇振荡器，周期性地产生一个持续期很短的超音频振荡信号；将该振荡信号送至一个超声波发射、接收探头，它将该振荡信号转换成超声波，从容器的底壁上沿垂直于该液体自由上表面的方向发射超声波，并接收反射的超声波、将其转换成相应的电信号；用一个液位高度测量显示装置来测定由容器中液体上表面反射回来的超声波信号与所说超音频振荡信号或与由容器中液体与容器底壁交界的下表面反射回来的超声波信号之间的时间间隔，从而得出容器中液位高度的一个量度。

本实用新型还利用安装在容器中的一个离容器底壁距离固定的校准装置和一个位于其下方容器底壁外侧的校正探头来校准液位计的读数，以便在不同种类的液体下、在不同的温度下获得液位高度的准确读数。

这种声纳式液位计可以用于代替现在使用的各种液位计，安装和使用极为简单、方便。本声纳式液位计可用电池供电，所需电压低，耗电量小，不会打火，所以特别适用于贮存易燃液体容器的液位测量，使用安全。全部元器件均选用失效率为10^－6小时^－1数量级以下的元器件，经严格老化筛选后安装使用，安装在压力容器上时，探头、探头馈线均装在金属壳内，整个电路装置装在密封金属盒内，这样可使该液位计的平均使用寿命超过10年以上。

通过以下参照附图的描述，本发明的目的、特征和优点将成为更加明显。

图1是本实用新型的声纳式液位计的示意方块图，说明了该液位计的工作原理。

图2表示了图1中各点处的波形图。

图3是图1的一个部分放大剖面图，表示了安装在容器中的校装置。

图4表示了图1中液位高度测量显示装置的一个实施方案。

图5表示了图1中液位高度测量显示装置的另一个实施方案。

参照图1，在接通电源后，间歇振荡器（见《超声波探伤技术及探伤仪》，国防工业出版社，1977年9月，274页图4－57）周期性地产生一个持续期很短的超音频振荡信号01，其波形图如附图2中A所示。振荡持续期τ很短，例如约1微秒左右，它取决于最低测量液位的高度，间歇振荡的周期较长，例如约20毫秒，它与最高测量液位的高度有关。在测量状态下，该超音频振荡信号由放大器（见同书250页图4－31）放大后经校准／测量转换开关K送到超声波发射、接收探头（见同书218－220页）S1上，探头S1将该超音频振荡信号转换成超声波从容器的底壁外侧射入容器，其射入方向应调整成大致与液体的自由上液面垂直。

每一个超声波脉冲在容器底壁与液体的界面上会产生反射，反射的超声波脉冲由探头S1接收后，转换成一个超音频振荡电信号02，出现在图1的B点处。同样，由探头S1发射的超声波脉冲在容器上方液体与空气的界面上也会引起反射，形成另一个反射波，这个反射波被探头S1接收后，转换成另一个超音频振荡电信号03，也出现在图1的B点处。于是，对于间歇振荡器产生的每一个超音频振荡信号01，在附图1的B点处先后出现3个超音频振荡信号，它们如图2中B所示。其中第一个振荡信号01与第二个振荡信号02间的时间间隔t₁是超声波从容器底壁外侧沿垂直方向传播到底壁内侧时间的2倍，而第二个振荡信号与第三个振荡信号之间的时间间隔t₂就是超声波从容器底壁内侧沿垂直液面方向传播到液体上表面经过时间的2倍，因为超声波在某一液体中的传播速度是恒定的，所以时间t₂与图1中的液位高度h1成正比，即它是液位高度的一个量度。图1A点处的间歇振荡器输出信号触发一个单稳态电路（见同书247－248页图4－27，图4－28），产生一个脉宽略大于超音频振荡信号持续期τ的矩形脉冲，利用这个矩形脉冲去阻断间歇振荡器输出的超音频振荡信号进入液位测量显示装置。例如，可以用这个矩形脉冲使一个与门电路（见同书249页图4－29，251页图4－32）关闭略大于τ的时间，从而阻止了图2B中第一个振荡信号01通过与门，允许第二个和第三个振荡信号02和03通过与门电路、进入液位测量显示装置，以便测定这两个振荡信号之间的时间间隔，作为液位高度的一个量度。显然，如果可以忽略容器底壁厚度带来的误差，也可以通过测量第一个振荡信号01与第三个振荡信号03之间的时间间隔，作为液位高度的一个量度。单稳态电路的输出还可以作为复位信号送到液位测量显示装置，使它对间歇振荡器产生的每一个超音频振荡信号产生的回波信号进行一次测量。

液位测量显示装置可以采用示波器的形式（见同书244页图4－22、246页图4－25、247页图4－26），通过在荧光屏上显示两个信号的时间间隔获取液位高度的指示。采用电池供电的液晶显示示波器是一种优选的形式，也可以用时间间隔数字显示装置来作为液位测量显示装置，图4给出了这种具体的实施方案（见《电子仪器的电路设计》，科学出版社，1986年9月，338页图17－17，247页图12－6，96页图5－20、123页图E－3）。图1中C点处的信号触发双稳态电路，产生一个脉冲宽度与图2B上的第二、第三振荡信号之间的时间间隔t₂相等的矩形脉冲，在这一脉冲宽度时间内，与门导通t₂时，使多谐振荡器产生的计数器脉冲通过该与门，由计数器进行计数，计数器的计数结果与所说的时间间隔t₂、因而也就是液位高度h1成正比，因而是液位高度的一个量度。一个数字显示器对计数器的计数结果进行数字显示，直接以液位高度的形式给出显示。要求多谐振荡器的频率比较精确稳定。

此外，也可以对液位高度进行指针式显示（见前《超声波探伤技术及探伤仪》，274－275页图4－59、图4－60），图5表示了这样一个具体实施方案。显然，双稳态电路的输出是一系列周期与间歇振荡器输出信号周期相同、脉宽等于时间间隔t₂的矩形脉冲，其直流分量与脉宽成正比，因此，图5中直流电压表的指示就是液位高度的一个量度。

由于超声波在液体中的传播速度与液体的种类、温度有关，为了使本液位计在不同温度下能够精确指示不同种类液体的液位高度，本液位计设置了一个校准装置。在每次使用该液位计之前，应先进行校准。参见附图3，容器中有一个固定在支架5上的校准空盒4，正对其下方的容器底壁外侧设置一个与探头S1完全一样的校准探头S2，该空盒内有空气，并且是密封的，其下表面6很薄，例如约为0.2毫米，以致在校正时可以不计其厚度的影响。该下表面距容器底面的高度精确地等于一个基准高度l，例如l准确地为20厘米。校准时，先将校准／测量转换开关K转到校准位置，使间歇振荡器的输出放大后经K送至校准探头S2上，与测量时描述过的情况相似，液位测量显示装置这时将显示出该校准空盒下表面距容器底壁的高度。调节图4中多谐振荡器的调节电位器W来调节计数脉冲的频率，使数字显示器的读数准确地等于基准高度l，在用示波器显示的情况下，可以调节示波器的水平放大器的增益，使得用液位高度单位指示的脉冲间隔准确地等于基准高度l。在图5的指针式指示情况下，可以通过调节双稳态电路输出脉冲的幅度使指针指示准确地等于基准高度l。

由于容器在实际使用中，往往不能保持完全水平的位置，造成容器中各处的液位高度不相等。为了能测出不同位置处的液位高度，也可以设置多个超声波发射、接收探头，图1中示出了两个测量探头（S1、S3）的情况。通过转动校准／测量转换开关，就可以方便、迅速地测量出各测量探头处的液位高度（如h1和h2）。

以上结合附图对本实用新型具体实施例的说明只是用于展示发明，而不是对本实用新型的限制，本实用新型的范围是由所附的权利要求书来限定的。

Claims

1、一种声纳式液位计，由间歇振荡器、放大器、单稳态电路、与门电路、液位测量显示装置和超声波发射、接收探头S1组成，其特征是：间歇振荡器与放大器及单稳态电路相连接；放大器接向超声波发射、接收探头S1和与门电路；单稳态电路接向与门电路及液位测量显示装置；超声波发射、接收探头S1位于容器底壁的外侧，其发射方向与液体的自由上表面垂直。

2、按权利要求1所述的一种声纳式液位计，其特征是：液位测量显示装置可以是以下三种形式之一：（1）示波器（在荧光屏上显示两个信号的时间间隔）；（2）时间间隔数字显示装置；（3）双稳态电路与直流电压表组成的指针式显示装置。

3、按权利要求1或2所述的一种声纳式液位计，其特征是：在容器中有一固定在支架5上的校准空盒4，内有空气并且是密封的，其下表面6很薄（0.2毫米），其下表面6距容器底面的高度精确地等于一个基准高度l；在校准空盒4下方的容器底壁外侧设置一个与超声波发射、接收探头S1完全一样的校准探头S2；另外具有校准／测量转换开关K。