Вибрационный уровнемер

 

ВИБРАЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР, содержащий трубчатый камертонный резонатор , систему возбуждения колебаний резонатора, цепь обратной связи, состоящую из знакочувствительного блока вычитания частот, выход которого подключен к входу дискретно-аналогового преобразователя, а выход последнего подключен к входу пропорционального преобразователя перемещений и к измерительному .прибору, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функциональных возможностей, камертонный резонатор выполнен в виде двух трубчатых сдвоенных камертонов, имеющих общие цилиндрические основания и ветви , расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом вторая ветвь также снабжена системой возбуждения колебаний, а каждое общее основание разделено двумя радиальными перегородками и крьшкой в торце основания на четыре полости , каждая из которых сообщаются с соответствукндей ветвью камертона и подводящим патрубком, причем ветви одного камертона через подводящие г патрубки сообщаются с контролируемой емкостью, а в.етви другого частично О) заполнены зталонной жидкостью и через подводящие патрубки сообщаются с внутренней полостью герметично установленного на патрубках сильфона, днище которого механически Связано со штоком пропорционального преобразователя перемещений, а выходы сисю тем возбуждения колебаний камертона подключены к входам блока вычитания частот. s| 1C

СООЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

Зс О G 01 F 23/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHQMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3252509/24-10 (22) 02.03.81 (46) 23.10.84. Бюл. Р 39 (72) Ю.К.Тараненко (53) 681.128.82(088.8) (56) 1. Кудрявцев В.П. и др. Прецизионные частотные преобразователи автоматизированных систем контроля и управления. M., "Энергия", 1974, с. 61.

2. Авторское свидетельство СССР

Ф 920390, кл. G 01 F 23/28, 1980 (прототип). (54) (57) ВИБРАИИОННЫИ УРОВНЕИЕР, содержащий трубчатый камертонный резонатор, систему возбуждения колебаний резонатора, цепь обратной связи, состоящую иэ знакочувствительного блока вычитания частот, выход которого подключен к входу дискретно-аналогового преобразователя, а выход последнего подключен к входу пропорционального преобразователя перемещений и к измерительному, прибору, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений и функцио„„SU„„1120172 А нальных возможностей, камертонный резонатор выполнен в виде двух трубчатых сдвоенных камертонов, имеющих общие цилиндрические основания и ветви, расположенные во взаимно перпен.дикулярных плоскостях, при этом вторая ветвь также снабжена системой возбуждения колебаний, а каждое общее основание разделено двумя радиальными перегородками и крышкой в торце основания на четыре полости, каждая из которых сообщаются с соответствующей ветвью камертона и подводящим патрубком, причем ветви одного камертона через подводящие патрубки сообщаются с контролируемой емкостью, а ветви другого частично заполнены эталонной жидкостью и че" реэ подводящие патрубки сообщаются с внутренней полостью герметично ус" тановленного на патрубках снльфона, днище которого механически связано со штоком пропорционального преобразователя перемещений, а выходы систем возбуждения колебаний камертона подключены к входам блока вычитания частот.

f 11201

Изобретение относится к технике измерения уровня жидкости сред и может найти применение .в системах автоматического регулирования уровня с выдачей мощного аналогового сигнала, пропорционального уровню, непосредственно на исполнительный механизм.

Известен частотный датчик уровня

Ф содержащий трубчатый резонатор, сообщающийся с емкостью, систему возбуждения и съема колебаний резонатора, усилитель и измеритель частоты 31 3.

Недостатками устройства являются невозможность использования при из15 мерении уровня жидкости в резервуарах, находящихся под давлением и значительная погрешность, обусловленная нестабильностью фазовых характеристик элементов в цепи прямого пре"

20 образования.

Наиболее близким к предлагаемому устройству является вибрационный уровнемер, содержащий резонатор.в форме одинарного камертона, систе- му возбуждения колебаний резонатора, цепь обратной связи, состоящую из знакочувствительного блока вычитания частот, опорного генератора, дискретно-аналогового преобразователя пропорционального преобразователя перемещений, шток которого выполнен в виде одинарного камертона с конусными наконечниками на ветвях, размещенного внутри ветвей камертонного резонатора (2 $

Недостатком. известного устройства является невозможность измерения уровня жидкости, находящейся под любым давлением или разряжением.

Другим недостатком устройства яв- 4О ляется введение механических элементов в колеблющуюся жидкость, что также ограничивает область измеряемых жидкостей из-эа возможности оседания твердой фазы на вводимых меха- 45 нических элементах, что может привести к срыву колебаний резонатора.

Третьим недостатком устройства является узкий диапазон измерений, величина которого не превышает 0,24 дли- 5О ны резонатора.

Цель изобретения — расширение диапазона измерений и функциональных возможностей.

Поставленная цель достигается 55 тем, что, в вибрационном уровнемере, содержащем трубчатый камертонный резонатор, систему возбуждения коле-, 72 2 баний резонатора, цепь обратной связи, состоящую иэ энакочувствительно"

ro блока вычитания частот, выход которого подключен к входу дискретно-. аналогового преобразователя а выход последнего подключен к входу пропорционального преобразователя перемещений и к измерительному прибору, камертонный резонатор выполнен в виде двух трубчатых сдвоенных камертонов, имеющих общие цилиндрические ос" нования и ветви, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом вторая ветвь также снабжена системой возбужпения колебаний а каждое общее основание ваэпелено пвумя радиальными перегородками и крышкой в торце основания на четыре полости, каждая из которых сообщается с соответствующей ветвью камертона и подводящим патрубком, причем ветви одного камертона через подво-дящие патрубки сообщаются с контролируемой емкостью, а ветви другого частично заполнены эталонной жидкостью и через подводящие патрубки сообщаются с внутренней полостью герметично установленного на патрубках сильфона днище которого механически связано со штоком пропорционального преобразователя перемещений, а выходы систем возбуждения колебаний камертона подключены к входам блока вычитания частот.

На фиг. 1 представлена блок-схема вибрационного уровнемера; на фиг. 2— разрез А-А на фиг. 1.

Уровнемер содержит два сдвоенных трубчатых камертона 1 и 2, имеющих общие основания 3 и 4 и ветви, расположенные во взаимно перпендикулярных плоскостях. Общие основания 5 и б разделены крышкой в торце 7 основания на четыре полости 8-11, первые две из которых на нижнем основании камертона сообщаются с ветвями первого камертона и патрубком 12, на котором герметично установлен сильфон

13, а иа верхнем общем основании с .. патрубками 14 и 15 либо открытыми в атмосферу, либо соединенными с контролируемой емкостью в верхней ее части. Вторые две из перечисленных вьппе полостей на нижнем и верхнем основании сообщаются с ветвями второго камертона и с помощью патрубка 16— с контролируемой емкостью 17 в нижней и верхней ее частях. Первый камертон и сильфон заполнены эталонз 1!20 ной жидкостью 18, а второй камертон— контролируемой жидкостью 19. Температуры обеих жидкостей выравниваются за счет теплообмена через радиальные перегородки основания.

Измерительная система включает систему возбуждения колебаний первого камертона, состоящую из приемника 20 и возбудителя 21, подключенных к усилителю 22 по автогенера- 1р торной схеме. Система возбужцения колебаний второго камертона включает приемник 23 и возбудитель 24, подключенные к усилителю 25. Выходы систем возбуждения обоих камертонов

15 подключены к знакочувствительному блоку 26 вычитания частот, выход которого подключен к дискретно-аналого вому преобразователю 27, а выхоц последнего подключен к измерительному прибору 28 и пропорциональному преобразователю 29 перемещения, шток 30 которого механически связан с днищем сильфона.

Уровнемер работает следующим образом.

Камертоны 1 и 2 возбуждаются на резонансной частоте, когда сигнал с— приемника 20 через усилитель 22 поступает на возбудитель 21, чем дополняет рассеивание колебательной энергии камертона 1 и поддерживает его незатухающие колебания с частотой f

Аналогично сигнал с приемника 23 че35 рез усилитель 25 подается на возбудитель 24, который пополняет потери колебательной энергии камертона 2 и поддерживает незатухающие колебания его ветвей с частотой f2 . Эталонная 40 жидкость 18 перед измерением с помощью сжатия сильфона 13 устанавливается на необходимом уровне, который соответствует равенству частот камертона 1 с эталонной жидкостью и пустого камертона 2. Контролируемая жидкость 19 поступает из емкости 17 через патрубок 16 в кайертон 2. В результате этого частота камертона 2 начинает уменьшаться и в блоке 26 выделяется разность частот соответствующего знака, которая преобразуется в аналоговый сигнал в преобразо" вателе 27, который, поступая на вход преобразователя 29, вызывает перемещение его штока 30 в направле 55 нии сжатия. сильфона 13, который вы"

172 тесняет из своей внутренней полости в ветви камертона 1 часть эталонной жидкости 18. Этим вызывается увеличение ее уровня в ветвях. Увеличение уровня, а следовательно, и уменьшение частоты камертона 1 происходит до тех пор, пока его частота ,не сравняется с частотой камертона 2.

В этот момент измерительный прибор

28 зафиксирует значения аналогового сигнала, соответствующее величине измеряемого уровня. Указанный сигнал может быть подан непосредственно на исполнительный механизм в систему регулирования уровня жидкости 19 в емкости 17. Необходимо отметить, что температурные уходы частот камертонов

1 и 2 взаимокомпенсируются в блоке

26 вычитания частот. Если патрубки

t4 и 15 соединить с верхней частью емкости 17, то аналогично температуре будет компенсироваться давление над эталонной жидкостью и над контролируемой жидкостью в камертонах

1 и 2.

Предлагаемый вибрационный уровнемер обладает более широкими функциональными воэможностями по сравне нию с известными вибрационными уровнемерами компенсационного типа, так как позволяет производить измерения под любым давлением в условиях изменяющихся температур, вибраций, ударов и действия других информативных параметров. Реализация вибрационного уровнемера не требует затрат, превышающих затраты на аналогичные устройства. Он может быть построен на стандартных элементах автоматики и электроники, таких как электромагнитные возбудители и приемники колебаний, усилители, смесители частот, дискрет" но-аналоговые преобразователи на базе реверсивных интеграторов, пропорциональные преобразователи силы, силь", фоны, камертонные чувствительные элементы. Измерительная схема, построенная на интегральных микросхемах, позволяет до минимума сократить габаритные размеры вибрационного уров-. немера. Расположение ветвей камертонов во взаимно перпендикулярных плоскостях позволяет повысить чувствительность за счет полной неэависимости начальных частот камертонов, т. е. отсутствует явление захватывания °

1120172

f6 7× f2 0 30

Я-A ф /

f0 f6

Заказ 7727/28 Тираж б09 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.,д.4/5

Филиал ПЛП "Патент", r.Óæãîðîä,óë.Ïðîåêòíàÿ,4

Составитель О.Стоник

Редактор Е.Лушникова Техред С.Мигунова Корректор О.Тигор