RU2060472C1 - Уровнемер - Google Patents
Уровнемер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2060472C1 RU2060472C1 RU93053967A RU93053967A RU2060472C1 RU 2060472 C1 RU2060472 C1 RU 2060472C1 RU 93053967 A RU93053967 A RU 93053967A RU 93053967 A RU93053967 A RU 93053967A RU 2060472 C1 RU2060472 C1 RU 2060472C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- amplifier
- generator
- waveguide
- input
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Использование: непрерывное ультразвуковое измерение длин и расстояний в жидких средах. Сущность изобретения: уровнемер содержит ультразвуковой преобразователь, волновод, герметизированную обмотку, поплавок, постоянный магнит, генератор, два усилителя, два формирователя импульсов, решающий блок. 1 ил.
Description
Изобретение относится к ультразвуковым измерениям длин расстояний и может использоваться в составе компьютизированных систем для непрерывного измерения уровней жидких сред.
Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий измерительное синхрокольцо, включающее генератор импульсов, соединенный с акустическим преобразователем, приемное устройство, соединенное со схемой запрета, и схему ИЛИ, подключенную первым входом к выходу схемы запрета, а также генератор тактовых импульсов, соединенный с вторым входом схемы ИЛИ и первым входом формирователя стробирующих импульсов, делитель частоты, включенный между выходом схемы запрета и вторым входом формирователя импульсов, и измеритель временных интервалов, первый вход которого объединен с выходом формирователя стробирующих импульсов входом схемы запрета, а второй вход подключен к выходу компенсирующего синхрокольца [1]
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкая точность, обусловленная зависимостью частоты работы измерительного синхрокольца от температуры, влияющей на относительные изменения скорости распространения ультразвука в измеряемой среде и расстояния между акустическим преобразователем и приемным устройством, в которое входит измеренное значение уровня.
Недостатком известного устройства является сложность конструкции и низкая точность, обусловленная зависимостью частоты работы измерительного синхрокольца от температуры, влияющей на относительные изменения скорости распространения ультразвука в измеряемой среде и расстояния между акустическим преобразователем и приемным устройством, в которое входит измеренное значение уровня.
Известно устройство для контроля уровня жидкости, содержащее генератор, излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи, блок запрета, подключенный входами к выходу приемного ультразвукового преобразователя, выходу генератора и входам первого и второго триггеров и суммирующего счетчика, формирователь импульсов, соединенный с выходом блока запрета, входом элемента И и выходом второго триггера, кварцевый генератор, подключенный к входу схемы И, реверсивный счетчик, подключенный входами к выходам суммирующего счетчика, схемы И и второго триггера, а выходом к входу первого триггера, а также регистратор, соединенный с выходом первого триггера [2]
Недостатком известного устройства является влияние температурных изменений физических характеристик среды, по которой передаются ультразвуковые колебания, на результат измерения. В частности, температурный дрейф скорости распространения ультразвука в среде ведет к изменению интервала времени между импульсами, вырабатываемыми генератором, и импульсами на выходе приемного ультразвукового преобразователя, что непосредственно дает температурную погрешность измерения.
Недостатком известного устройства является влияние температурных изменений физических характеристик среды, по которой передаются ультразвуковые колебания, на результат измерения. В частности, температурный дрейф скорости распространения ультразвука в среде ведет к изменению интервала времени между импульсами, вырабатываемыми генератором, и импульсами на выходе приемного ультразвукового преобразователя, что непосредственно дает температурную погрешность измерения.
Наиболее близким по технической сущности к изобретению является ультразвуковой уровнемер, принятый за прототип и содержащий волновод, ультразвуковой излучающий элемент, соединенный с генератором и установленный в торце волновода, размещенного в герметизированной трубке, поплавок с закрепленным на нем постоянным магнитом, установленный концентрично с герметизированной трубкой, а также обмотку, распределенную по длине волновода и охватывающую его, усилитель, подключенный к концам обмотки, и решающий блок, соединенный с выходами усилителя и генератора [3]
Недостаток известного ультразвукового уровнемера состоит в том, что изменение скорости распространения ультразвука в волноводе, возникающее под воздействием температуры окружающей среды, приводит в нем к дополнительному изменению временных интервалов между импульсами на выходе генератора и импульсами, наведенными в измерительной обмотке и далее усиленными приемным усилителем. Поскольку в решающем блоке производится измерение указанных временных интервалов, то влияние температуры проявляется в данном уровнемере в виде существенной температурной погрешности измерений.
Недостаток известного ультразвукового уровнемера состоит в том, что изменение скорости распространения ультразвука в волноводе, возникающее под воздействием температуры окружающей среды, приводит в нем к дополнительному изменению временных интервалов между импульсами на выходе генератора и импульсами, наведенными в измерительной обмотке и далее усиленными приемным усилителем. Поскольку в решающем блоке производится измерение указанных временных интервалов, то влияние температуры проявляется в данном уровнемере в виде существенной температурной погрешности измерений.
Так как коэффициент преобразования уровнемера определяется скоростью распространения ультразвука в материале волновода, то основным влияющим на результат измерения фактором является температура волновода. Поэтому для повышения точности измерений за счет введения, например, коррекции результатов по температуре необходимо получить данные о температуре и разместить соответствующий датчик непосредственно на волноводе.
Целью изобретения является повышение точности ультразвуковых уровнемеров за счет компенсации температурной погрешности измерений.
Указанная цель достигается тем, что в уровнемер, содержащий ультразвуковой преобразователь, подключенный к первому выходу генератора и установленный на торце волновода, размещенного в герметизированной трубке, по высоте которой распределена измерительная обмотка, концы которой подключены к входу первого усилителя, поплавок с постоянным магнитом, выполненный в форме полого цилиндра, установленный концентрично с герметизированной трубкой с возможностью перемещения по ней, и решающий блок, введены второй усилитель и первый и второй формирователи импульсов, первые входы которых объединены и подключены к второму выходу генератора, первый выход которого объединен с выходом ультразвукового преобразователя и подключен также к входу второго усилителя, выход которого и выход первого усилителя соединены с вторыми входами соответственно второго и первого формирователей импульсов, выходы которых подключены к входам решающего блока, а ультразвуковой преобразователь выполнен приемно-излучающим.
На чертеже представлена структурная схема предлагаемого уровнемера.
Уровнемер содержит ультразвуковой преобразователь 1, установленный на торце волновода 2, расположенного внутри герметизированной трубки 3; измерительную обмотку 4, расположенную на волноводе 2; поплавок 5 с постоянным магнитом 6, имеющий возможность перемещения по трубке 3 в соответствии с уровнем жидкости; генератор 7, подключенный первым входом к ультразвуковому приемно-излучающему преобразователю 1; первый усилитель 8, подключенный входом к измерительной обмотке 4; второй усилитель 9, подключенный входом к ультразвуковому преобразователю 1 и одновременно к выходу "1" генератора 7; первый 10 и второй 11 формирователи импульсов, подключенные объединенными входами "1" к выходу "2" генератора 7, входами "2" к выходам соответствующих усилителей 8, 9, а выходами к входам решающего блока 12.
Уровнемер работает следующим образом.
Генератор 7 возбуждает мощными электрическими импульсами ультразвуковой преобразователь 1, который излучает в волновод 2 ультразвуковые импульсы, последние распространяются по волноводу в виде упругих продольных волн. Фронты этих волн достигают намагниченного постоянным магнитом 6 поплавка 5 участка волновода 2 за время, равное
τ1 h/v, (1) где h расстояние от верхнего торца волновода 2 до участка волновода, намагниченного магнитом 6; v скорость распространения упругих волн в волноводе 2.
τ1 h/v, (1) где h расстояние от верхнего торца волновода 2 до участка волновода, намагниченного магнитом 6; v скорость распространения упругих волн в волноводе 2.
В измерительной обмотке 4 наводятся электрические импульсы, которые после усиления и фильтрации в первом усилителе 8 поступают на вход "2" первого формирователя импульсов 10. На вход "1" этого же формирователя подаются импульсы, которые появляются на выходе "2" генератора 7 одновременно с импульсами, возбуждающими ультразвуковой преобразователь 1, но имеют соответствующий выбранному логический уровень и длительность, превышающую время переходных процессов при возбуждении ультразвукового преобразователя 1. В результате с выхода первого формирователя импульсов 10 снимается последовательность прямоугольных импульсов, длительность которых равна τ1.
За время, равное
τ2 2L/v, (2) где L длина волновода; продольные ультразвуковые волны проходят до нижнего торца волновода 2 и, отразившись от него, доходят до ультразвукового преобразователя 1.
τ2 2L/v, (2) где L длина волновода; продольные ультразвуковые волны проходят до нижнего торца волновода 2 и, отразившись от него, доходят до ультразвукового преобразователя 1.
Благодаря физическому эффекту, обратному по отношению к эффекту возбуждения механических колебаний под действием электрических импульсов, на выводах ультразвукового преобразователя 1 возникают электрические импульсы, которые поступают на вход второго усилителя 9, фильтруются и усиливаются до необходимого уровня. В усилителе используется ограничитель, защищающий вход усилителя от перегрузки мощными импульсами, вырабатываемыми на выходе "1" генератора 7. Эти импульсы также усиливаются в усилителе 9 и попадают на вход "2" второго формирователя 11, однако благодаря тому, что они значительно короче импульсов на выходе "2" генератора 7 и действуют только в течение времени действия этих импульсов, не приводят к срабатыванию формирователя 11. Поэтому формирователь 11 срабатывает только от импульсов, соответствующих концу временного интервала τ2 и наведенных на выводах ультразвукового преобразователя 1, и на выходе формирователя 11 возникает последовательность прямоугольных импульсов с длительностями τ2. При этом входы "1" формирователей 10, 11 являются приоритетными.
Прямоугольные импульсы с длительностями τ1 и τ2 с выходов формирователей 10, 11 поступают на входы решающего блока 12, в котором путем заполнения импульсами высокостабильной частоты преобразуются в цифровые коды.
В память решающего блока 12 перед началом эксплуатации уровнемера введены значение расстояния Н от верхнего торца волновода 2 до дна резервуара с жидкостью, а также измеренные при фиксированной температуре to значения временного интервала τ2(t), зависящего от скорости распространения ультразвуковых волн в волноводе V(tо). Все значения при этом представляются в виде цифровых (двоичных) кодов.
В процессе работы решающего блока вычисляется коэффициент
N (3) который количественно равен скорости распространения ультразвуковых волн в волноводе 2 при текущем значении температуры, так как
N V
Коэффициент N является параметром, отслеживающим изменение температуры волновода 2, и используется далее для вычисления измеряемого уровня жидкости по формуле
Y H h H N•τ1 (4)
Как следует из предыдущих формул, произведение N τ1 не зависит от температуры, вследствие чего и результат измерения уровня также не зависит от температуры, т.е. температурная погрешность измерений принципиально отсутствует.
N (3) который количественно равен скорости распространения ультразвуковых волн в волноводе 2 при текущем значении температуры, так как
N V
Коэффициент N является параметром, отслеживающим изменение температуры волновода 2, и используется далее для вычисления измеряемого уровня жидкости по формуле
Y H h H N•τ1 (4)
Как следует из предыдущих формул, произведение N τ1 не зависит от температуры, вследствие чего и результат измерения уровня также не зависит от температуры, т.е. температурная погрешность измерений принципиально отсутствует.
Claims (1)
- Уровнемер, содержащий ультразвуковой преобразователь, подключенный к первому выходу генератора и установленный на торце волновода, размещенного в герметизированной трубке, по высоте которой распределена измерительная обмотка, концы которой подключены к входу первого усилителя, поплавок с постоянным магнитом, выполненный в форме полого цилиндра, установленный концентрично с герметизированной трубкой с возможностью перемещения по ней, и решающий блок, отличающийся тем, что ультразвуковой преобразователь выполнен приемоизлучающим, а в устройство дополнительно введены второй усилитель и первый и второй формирователи импульсов, первые входы которых объединены и подключены к второму выходу генератора, первый выход которого объединен с выходом ультразвукового преобразователя и подключен также к входу второго усилителя, выход которого и выход первого усилителя соединен с вторыми входами соответственно второго и первого формирователей импульсов, выходы которых подключены к входам решающего блока.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93053967A RU2060472C1 (ru) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | Уровнемер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU93053967A RU2060472C1 (ru) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | Уровнемер |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2060472C1 true RU2060472C1 (ru) | 1996-05-20 |
RU93053967A RU93053967A (ru) | 1996-09-10 |
Family
ID=20149867
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU93053967A RU2060472C1 (ru) | 1993-12-02 | 1993-12-02 | Уровнемер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2060472C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2468340C1 (ru) * | 2011-07-29 | 2012-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Новейшие Информационные Решения" | Способ определения уровня жидкости и поплавковый уровнемер для его осуществления |
-
1993
- 1993-12-02 RU RU93053967A patent/RU2060472C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
1. Авторское свидетельство СССР N 634114, кл. G 01F 23/28, 1978. 2. Авторское свидетельство СССР N 1315815, кл. G 01F 23/28, 1987. 3. Авторское свидетельство СССР N 838381, кл. G 01F 23/28, 1981. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2468340C1 (ru) * | 2011-07-29 | 2012-11-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Новейшие Информационные Решения" | Способ определения уровня жидкости и поплавковый уровнемер для его осуществления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4158964A (en) | Method and apparatus for determining liquid level | |
US3028749A (en) | Ultrasonic fluid density measuring system | |
RU2060472C1 (ru) | Уровнемер | |
RU2064666C1 (ru) | Ультразвуковой уровнемер | |
RU2310174C1 (ru) | Ультразвуковой уровнемер | |
SU587339A1 (ru) | Цифровой ультразвуковой уровнемер | |
RU2298156C1 (ru) | Уровнемер-индикатор | |
RU2256158C1 (ru) | Уровнемер | |
SU1592731A1 (ru) | Дискретный акустический уровнемер | |
RU195795U1 (ru) | Уровнемер | |
RU2517919C2 (ru) | Магнитострикционный уровнемер | |
RU2529821C2 (ru) | Способ определения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером и магнитострикционный уровнемер | |
SU1303844A1 (ru) | Способ калибровки виброизмерительной аппаратуры с пьезодатчиком и калибровочным пьезоэлементом | |
RU2138786C1 (ru) | Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах | |
SU419736A1 (ru) | Устройство для снятия динамических характеристик ультразвуковых расходомеров | |
SU586474A1 (ru) | Устройство дл считывани графической информации | |
SU601577A1 (ru) | Акустический уровнемер | |
RU189910U1 (ru) | Уровнемер | |
SU1786458A1 (ru) | Акустический профилемер подземных полостей, заполненных жидкостью | |
SU734550A1 (ru) | Способ определени прочности бетонной закладки и устройство дл его осуществлени | |
SU546818A1 (ru) | Ультразвуковое устройство дл автоматического измерени скорости потока | |
SU1755170A1 (ru) | Способ определени сопротивлени излучени пьезокерамического преобразовател и устройство дл его осуществлени | |
SU1010539A1 (ru) | Устройство дл бесконтактного контрол скорости ультразвука | |
SU658857A1 (ru) | Ультразвуковой толщиномер | |
SU568072A1 (ru) | Устройство дл измерени нат жени ленточного магнитного носител |