RU53002U1 - ELECTRONIC-ACOUSTIC LIQUID MEASUREMENT DEVICE - Google Patents

Abstract

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах. Устройство содержит блок управления 9, излучатель 2, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов 1, два приемника акустического сигнала 4, 5, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки 7, устройство вычисления скорости звука 6, отличающееся тем, что в структурную схему прибора дополнительно введен счетчик числа отражений 14, вход которого подключен к приемнику акустического сигнала, а выход - к устройству обработки информации. Счетчик числа отражений 14 позволяет определить, сколько раз акустический сигнал был отражен от поверхности жидкости. Посылаемый излучателем 2 сигнал отражается от границы сред и возвращается к приемнику 5. Одновременно часть сигнала отражается от прибора обратно в сторону жидкости, отражаясь от которой обратно возвращается к приемнику 5. Данный процесс повторяется до тех пор, пока сигнал не затухнет ниже уровня, необходимого для срабатывания компаратора. Использование для вычисления уровня времени n-ного отражения уменьшает относительную погрешность прибора при измерении малых расстояний от прибора до границы сред. Регистрация n-ного отражения позволяет применять недорогую низкочастотную элементную базу, в отличие от устройств, принимающих первое отражение.The device relates to instrumentation and can be used to measure the level of liquids in tanks, ponds, non-pressure pipes. The device comprises a control unit 9, an emitter 2, the input of which is connected to the output of the pulse generator 1, two receivers of the acoustic signal 4, 5 spaced at a fixed distance, the outputs of which are connected to the electronic processing device 7, a device for calculating the speed of sound 6, characterized in that a counter of the number of reflections 14 is additionally introduced into the block diagram of the device, the input of which is connected to an acoustic signal receiver, and the output to an information processing device. The counter number of reflections 14 allows you to determine how many times the acoustic signal was reflected from the surface of the liquid. The signal sent by emitter 2 is reflected from the boundary of the media and returned to receiver 5. At the same time, part of the signal is reflected back from the device to the liquid side, from which it returns back to receiver 5. This process is repeated until the signal attenuates below the level required for trip comparator. Using the n-th reflection time to calculate the time level reduces the relative error of the device when measuring small distances from the device to the boundary of the media. Registration of the nth reflection allows the use of an inexpensive low-frequency element base, in contrast to devices that accept the first reflection.

Description

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах.The device relates to instrumentation and can be used to measure the level of liquids in tanks, ponds, non-pressure pipes.

Известны электронно-акустические устройства для измерения расстояний, основанные на фиксации времени распространения посланного и отраженного акустических импульсов в направлении контролируемого расстояния [Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы и средства измерения расстояний в воздушной среде, М., Энергия, 1973 г.; патент RU №20527686 G 01 В 17/00, 1996; полезная модель RU №7492, G 01 B 17/00, 1998; полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Известны также уровнемеры, принцип которых основан на отражении акустического сигнала от контролируемой жидкости [патенты SU №1530927, G 01 F 23/28, 1989, SU №1813203, G 01 F 23/28, б.и. №16, 1993]Known electronic-acoustic devices for measuring distances based on fixing the propagation time of the sent and reflected acoustic pulses in the direction of the controlled distance [Gorbatov AA, Rudashevsky G.E. Acoustic methods and means of measuring distances in the air, M., Energy, 1973; RU patent No. 20527686 G 01 B 17/00, 1996; Utility model RU No. 7492, G 01 B 17/00, 1998; Utility model RU 24550 G 01 B 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Level gauges are also known, the principle of which is based on the reflection of an acoustic signal from a controlled fluid [patents SU No. 1530927, G 01 F 23/28, 1989, SU No. 1813203, G 01 F 23/28, b.i. No. 16, 1993]

Прототипом заявляемой полезной модели является электронно-акустическое устройство [полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Недостатком указанного устройства является сложность и невысокая точность измерений малых расстояний от прибора до жидкости. Действительно, малое расстояние от прибора до жидкости требует применения высокочастотной электроники и акустики, что усложняет устройство и увеличивает относительную погрешность прибора.The prototype of the claimed utility model is an electronic acoustic device [utility model RU 24550 G 01 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. The disadvantage of this device is the complexity and low accuracy of measuring small distances from the device to the liquid. Indeed, the small distance from the device to the liquid requires the use of high-frequency electronics and acoustics, which complicates the device and increases the relative error of the device.

Поставлена задача повышения точности измерения при минимальных расстояниях от прибора до жидкости путем измерения времени прохождения многократно отраженного акустического сигнала от жидкости и прибора.The task is to increase the measurement accuracy at minimum distances from the device to the liquid by measuring the transit time of the repeatedly reflected acoustic signal from the liquid and the device.

Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов и два приемника, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, согласно полезной модели, дополнительно в структурную схему прибора введен счетчик числа отражений, вход которого подключен к приемнику акустического сигнала, а выход - к устройству обработки информации.The solution of this problem is achieved by the fact that in a known device containing an emitter, the input of which is connected to the output of the pulse generator and two receivers spaced at a fixed distance, the outputs of which are connected to an electronic processing device, according to the utility model, an additional number counter is introduced into the block diagram reflections, the input of which is connected to the receiver of the acoustic signal, and the output to the information processing device.

Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на рис.1 изображена структурная схема предложенного устройства, на рис.2 диаграмма принимаемых импульсов.The essence of the utility model is illustrated in the drawing, where Fig. 1 shows a block diagram of the proposed device, and Fig. 2 is a diagram of received pulses.

Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измерительной трубы (волновода) 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 4 и отнесенный от него на фиксированное расстояние «d» The circuit includes a generator 1 connected to an acoustic emitter 2, connected to the end of the measuring tube (waveguide) 3, to which the reflected signal receiver 4 is connected, and a fixed distance “d” from it

дополни тельный приемник акустического сигнала 5. Выходы приемников акустического сигнала 4 и 5 подключены к устройству вычисления скорости звука в среде 6 и электронному устройству обработки 7, выход которого подключен к индикатору 8 и блоку управления 9. Приемники 4,5 также подключены к счетчику числа отражений 14. Устройства 1,2,4-9,14 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 10. Волновод установлен в баке или водоеме 11.additional receiver of the acoustic signal 5. The outputs of the receivers of the acoustic signal 4 and 5 are connected to the device for calculating the speed of sound in the medium 6 and the electronic processing device 7, the output of which is connected to the indicator 8 and the control unit 9. Receivers 4,5 are also connected to the counter of the number of reflections 14. The devices 1,2,4-9,14 are structurally placed in one housing and form a measuring module 10. The waveguide is installed in the tank or reservoir 11.

Измерение n-ного отражения позволяет в n раз увеличить разрешающую способность прибора, а следовательно и точность. Пусть С - скорость звука, Н-расстояние от прибора до жидкости. Время Т_n от посылки импульса до принятия n-ного отражения. будет:Measurement of the nth reflection allows n times to increase the resolution of the device, and hence the accuracy. Let C be the speed of sound, H is the distance from the device to the liquid. Time T _n from sending a pulse to accepting the nth reflection. will be:

Пусть прибор имеет разрешающую способность ΔТ_пр. Из (1) вытекает, что во сколько раз больше n, во столько раз меньше влияние ΔТ_пр на измерениеLet the device have a resolution ΔT, _etc. (1) that the number of times bigger than n, so many times less impact on the measurement of delta _{T, etc.}

На рисунке 2 приведена диаграмма принимаемых импульсов. Посылаемый излучателем 2 сигнал U_изл отражается от границы сред 13 и возвращается к приемнику 5. Приемник 5 регистрирует сигнал U₁. Одновременно часть сигнала отражается от прибора обратно в сторону жидкости, отражаясь от которой обратно возвращается к приемнику 5. Приемник регистрирует сигнал U₂. Данный процесс повторяется до тех пор, пока сигнал не затухнет ниже уровня, необходимого для срабатывания компаратора. Уровень срабатывания компаратора указан горизонтальной пунктирной чертой. Электронное устройство обработки 7 фиксирует время последнего срабатывания компаратора Тn, а счетчик числа отражений 14 фиксирует его номер n. Расстояние Н определится по формулеFigure 2 shows a diagram of the received pulses. The signal U _rad sent by the emitter 2 is reflected from the boundary of the media 13 and returns to the receiver 5. The receiver 5 registers the signal U ₁ . At the same time, part of the signal is reflected from the device back to the liquid side, reflected from which it is returned to receiver 5. The receiver registers the signal U ₂ . This process is repeated until the signal attenuates below the level necessary for the comparator to operate. The response level of the comparator is indicated by a horizontal dashed line. The electronic processing device 7 records the time of the last operation of the comparator Tn, and the counter of the number of reflections 14 captures its number n. The distance H is determined by the formula

Скорость звука С можно вычислить согласно полезной модели RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002.The speed of sound C can be calculated according to the utility model RU 24550 G 01 17/00; G 01 F 23/28, 2002.

Устройство позволяет повысить точность измерения уровня жидкости при измерении малых расстояний от прибора до контролируемого уровня жидкости. Применение устройства эффективно для измерения уровня в полностью заполняющихся емкостях, небольших баках, а также при измерении уровня агрессивных сред.The device allows to increase the accuracy of measuring the liquid level when measuring small distances from the device to a controlled liquid level. The use of the device is effective for measuring the level in fully filled containers, small tanks, as well as when measuring the level of aggressive media.

Claims (1)

Электронно-акустическое устройство измерения уровня жидкости, содержащее блок управления, излучатель, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, два приемника акустического сигнала, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, отличающееся тем, что в структурную схему прибора дополнительно введен счетчик числа отражений, вход которого подключен к приемнику акустического сигнала, а выход - к устройству обработки информации.

An electronic-acoustic liquid level measuring device comprising a control unit, an emitter, the input of which is connected to the output of a pulse generator, two acoustic signal receivers spaced at a fixed distance, the outputs of which are connected to an electronic processing device, characterized in that it is additionally introduced into the device’s block diagram a counter of the number of reflections, the input of which is connected to the receiver of the acoustic signal, and the output to the information processing device.