Ультразвуковой уровнемер

 

4(51 С 01 F 23/28

1 -"-ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСХОЗ@ Сте!ННЫЙ ИОМИТЕТ аСС

ПО ДЕЛАМ HSOSPK7%HHA И ОТКРЫТИЙ (21) 3583958/24-10 (22) 25.04.83 (46) 15.02.85. Вюл. р 6 (72) Н.И.Карпухин, В.Н.ИарФин и Ф.З.Розенфельд (71) Рязанский завод "Теплоприбор" (53) 621.128.82(088.8} (56) 1. Авторское свидетельство СССР

В 634114, кл. С 01 F 23/28, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР

ff 569861, кл. С 01 F 23/28 f976 (прототип). (54) (57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВИЕИКР, содержащий излучатель ультразвука, опорный и измерительный нриеино-усилительные блоки, опорный преобразователь, включающий последовательно соединенные триггер, первую схему И и счетчик, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к входу первой схем И опорного преобразователя и входу делителя, а так" же первый реверсивный счетчик, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения уровня, опорный преобразователь дополнительно снабжен последовательно соединенными регистром, вторыи реверсивным счетчиком, одновибраторои и второй схемой И, а также инвер,.SU.„И 9974 А тором, причем входы триггера опорного нреобразователя подключены к выходам делителя и опорного приемно-усилительного блока, его выход нодключен к входу инвертора и второму входу счетчика, выход инвертора подключен к второму входу второй схемы И, ее выход подклюен к входу

"Запись" регистра, информационные входы которого подключены к выходам счетчика, а выход "Перенос" второго реверсивного счетчика подключен к входу одновибратора, кроме того, уровнеиер снабжен вычислителем и asмерительным преобраэователеи, выполненным идентичныи оиорноиу, при зтои выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первых схем И и вычитающим входаи реверсивных счетчиков опорного и измерительного преобразователей, первый и второй входы вычислителя подключены к выходам одновибратороэ опорного и измерительного преобразователей, его вход "Запуск" подключек к выходу первого реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу делителя, а входы триггера измерительного преобразователя подключены к выходам опорного и измерительного приемно-усилительных блоков.

1139974

1

Изобретение относится к нефтехимической и газовой промышленности, в частности к измерению уровня нефте продуктов и сжнженных газов.

Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий генератор тактовых импульсов, делитель, формирователь строб-импульса, измеритель временных интервалов, а также измерительное компенсационное синхрокольца, каждое из которых состоит из последовательно соединенных генератора, акустического преобразователя, приемного устройства, схемы запрета и схемы ИЛИ (1).

Недостатком известного уровнемера является невысокая точность измерения, обусловленная низкой помехозащищенностью.

Наиболее близким по технической 20 сущности к изобретению является ультразвуковой индикатор уровня, содержащий измерительный канал, вынолненный в виде излучателя ультразвука, подключенного к генератору 25 зондирующих импульсов и одному из входов триггера, приемник ультразвука, подключенный через приемно-усилительный блок к другому входу триггера, выход которого через схему И 3О подключен к счетчику, компенсационный канал, выполненный в виде излучателя ультразвука, подключенного через делитель к генератору тактовых импульсов, приемника ультразвука, через приемно-усилительный блок подключенного к управляющему входу реверсивного счетчика, суммирующий и вычитающий входы которого подключены к выходам делителя, выход ревер- О сивного счетчика через преобразователь код — напряжение подключен к генератору тактовых импульсов 52).

Недостатком данного устройства является невысокая точность измере- 45 ния, обусловленная наличием преобразователя код-напряжение, управляющего частотой генератора тактовых импульсов, так как стабильность этого узла зависит от внешних воздейст- 5О вий.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом уровнемере, содержащем излучатель ультразвука, опорный и измерительный приемноусилительные блоки, опорный преобра зователь, включающий последовательно соединенные триггер, первую схему И и счетчик, генератор тактовых импульсов, выход. которого подключен к входу первой схемы И опорного преобразователя и входу делителя, а также первый реверсивный счетчик, опорный преобразователь дополнительно снабжен последовательно соединенными регистром, вторым реверсивным счетчиком, одновибратором и второй схемой И, а также инвертором, причем входы триггера опорного преобразователя подключены к выходам делителя и опорного приемно-усилительного блока, его выход подключен к входу инвертора и второму входу счетчика,. выход инвертора подключен к второму входу второй схемы И, ее выход подключен к входу "Запись" регистра, информационные входы которого подключены к выходам счетчика, а выход "Перенос" второго реверсивного счетчика подключен к входу одновибратора, кроме того, уровнемер снабжен вычислителем и измерительным преобразователем, выполненным идентичным опорному,. при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первых схем И и вычитающим входам реверсивных счетчиков опорного и измерительного преобразователей, первый и второй входы вычислителя подключены к выходам одновибраторов опорного и измерительного преобразователей, его вход "Запуск" подключен к выходу первого реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу делителя, а входы триггера измерительного преобразователя подключены к выходам опорного и измерительного приемно-усилительных блоков °

На фиг. 1 представлены блок-схема; на фиг. 2 — временные диаграммы работы уровнемера.

Ультразвуковой уровнемер содержит излучатель ультразвука 1, измерительный приемно-усилительный блок 2, опорный приемно-усилительный блок 3, опорный преобразователь 4, состоящий из триггера 5, первой схемы И 6, суммирующего счетчика 7, регистра 8, реверсивного счетчика 9, одновибратора 10, второй схемы И 11, инвертора НЕ 12, измерительный преобразователь 13, состоящий из триггера 14, третьей схемы И 15, суммирую1139974

3 щего счетчика 16, регистра 17, реверсивного счетчика 18, одновибратора 19, схемы И 20 и инвертора 21, генератор тактовых .импульсов 22, делитель частоты 23, первый реверсивный счетчик 24, вычислитель 25.

Излучатель ультразвука 1 акустически связан с приемно-усилительными блоками 2 и 3. Выход приемно-усилительного блока 3 подключен к вторым 10 входам преобразователей 4 и 13, а выход блока 2 - к первому входу преобразователя 13. Третьи .входы-преобразователей 4 и 13 соединены с выходом .генератора тактовых импульсов 22 ° к которому также подключен вход делителя частоты 23, выход делителя частоты 23 подсоединен к первому входу преобразователя 4, к излучателю ультразвука 1 и к вычитающему входу первого реверсивного счетчика 24, выходы преобразователей 4 и 13 и первого реверсивного счетчика 24 подключены к соответствуюпдм входам вычислителя 25.

В преобразователе 4 установочные входы триггера 5 соединены с первым и вторым входом самого реобразователя 4,выход триггера 5 подключен к входу установки нуля суммирующего счетчика 7,к входу инвертора НЕ 12 и входу схемы И 6, второй вход которой соединен через третий вход преобразователя 4 с выходом генератора тактовых нмнульсов 22,выход схемы И 6 подключен к входу сумьырующего счетчика 7, разрядные выходы счетчика 7 соединены с информационными входами регистра 8, разрядные выходы которого подключены к информационным входам реверсивного, счетчика 9, выход "Перенос" последнего соединеи с входом одновибратора 10, вычитающий вход реверсивного счетчика,9 через третий вход преобразователя 4 подключен к выходу генератора тактовых импульсов 22, выход одновибратора 10 подсоединен к выходу преобразователя 4, к входу "Запись" реверсивного счетчика 9 и к входу логического элемента И 11, второй вход которого подключен к выходу инвертора НЕ 12 а выход — к входу

"Запись" регистра 8. Все соединения в преобразователе 13 аналогичны сое- зз динениям в преобразователе 4.

Уровнемер работает следующим образом.

Излучатель ультразвука 1 периодически возбуждается на собственной резонансной частоте делителем частоты 23, вход которого подсоединен к выходу генератора тактовыми импульсов 22. Возбужденные ультразвуковые колебания достигают приемно-усилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в электрические сигналы, которые после усиления воздействуют на преобразователи 4 и 13. Момент прихода ультразвуковой волны на измерительный приемно-усилительный блок 2 определяется значением измеряемого уровня, а на приемно-усилительный блок 3 — базовым расстояни" ем. Значение уровня измеряется относительно места положения опорного приемно-усилительного блока 3.

Излучатель ультразвука 1 связан акустически с приемно-усилительными блоками 2 и 3.

Рассмотрим работу преобразователя 4.

Триггер 5 каждый цикл посылки зондирующего импульса устанавливается одновременно с возбуждением излучателя ультразвука 1 импульсом (И 23, фиг. 2) с выхода делителя частоты 23 в состояние "1".

При достижении ультразвуковой волной опорного приемно-усилительного блока 3 триггер 5 опрокидывается в состояние "0" сигналом (И 3, фиг. 2) с выхода блока 3. Импульсы (И 5, фиг. 2) с выхода триггера 5 поступают на вход схемы И 6, на второй вход которой поступают импульсы генератора тактовых импульсов 22 (И 22, фиг. 2). Выход схемы И 6 подсоединен к суммирующему входу счетчика 7, который каждый цикл обнуляется передним фронтом импульса с триггера 5. Таким образом, на суммирующем счетчике 7 каждую посыпку зондирующего импульса регистрируется число, пропорциональное базовому расстоянию. На вычитающий вход реверсивного счетчика 9 поступают импульсы генератора тактовых импульсов 22. В момент перехода реверсивным счетчиком 9 значения "0" импульс с его выхода "Перенос" запускает одновибратор 10, котОрый вырабатывает короткий импульс, поступающий на вход "Запись" реверсивного счетчика 9, осуществляя запись в него значения числа, хранящегося

1139974 в регистре 8. Импульс с выхода одновибратора 10 поступает также через логический элемент И 11 на вход

"Запись" регистра 8, переписывая в него значение числа, набранного . 5 в суммирующем счетчике 7. Схема И 11 закрывается с выхода триггера 5 через инвертор HE 12 каждую посылку зондирующего импульса на время подсчета суммирующим счетчиком 7 числа, пропорционального базовому расстоянию.(Так как период следования зондирующих импульсов в несколько раз больше наибольшего времени прохождения ультразвука до опорного 15 приемно-усилительного блока 3, информация в регистре 8 обновляется каждый цикл зондирования. Преобразователь 13 работает аналогично преобразователю 4, íà его выходе форми- 20 руется число, пропорциональное измеряемому уровню.

Таким образом, частота следования импульсов (И 4 на фиг. 2) на выходе преобразователя 4 пропорцио- нальна опорному расстоянию, а на выходе преобразователя 13 пропорциональна измеряемому уровню.

Импульсы с выхода преобразователей 4 и 13 поступают на решающие 30 входы вычислителя 25, а на вход "3aпуск" последнего поступают импульсы с выхода реверсивного счетчика 24, на вычитающий вход которого поступают импульсы запуска излучателя ультразвука 1. На информационных входах реверсивного счетчика 24 набрано число, которое для обеспечения нормальной работы вычислителя 25 должно быть больше, чем число циклов 40 усреднения значения измеряемого уровня. Выход "Перенос". реверсивного счетчика 24 подключен к собственному входу "Запись". Таким образом, на вычислитель 25 с выхода реверсив- 45 ного счетчика 24 поступает команда

"Запуск" с периодом, большим, .чем время усреднения информации вычисли. телем 25 °

Вычислитель реализует алгоритм 2

И=Ку- g

1 где f„ — частота следования импульсов на выходе измерительного преобразователя 13;

f — частота следования импуль2 сов на выходе опорного преобразователя 4;

К вЂ” коэффициент деления частоты делителем;

N — число импульсов на выходе вычислителя

Вычислитель выдает результат при поступлении импульса "Запуск" на вход установки триггера.

Очевидно, если К вЂ” коэффициент деления частоты, набранный в задатчике делителя частоты вычислителя 25, будет численно равен базовому расстоянию, например, в миллиметрах, то N будет равно измеряемому значению уровня в миллиметрах. Причем, так как значение уровня вычисляется 2 через отношение --, то на точности

1 предлагаемого уровнемера не будут сказываться дестабилизирующие воздействия, например, от изменения скорос-. ти ультразвука, при изменении внешних условий среды.

Также на точности измерения не будет сказываться флуктуация параметров измерительных схем (приемноусилительных блоков, триггеров и т.д.), потому что в уровнемере вычисляется среднее значение отношения f /Е эа какое-то время, определяемое значением числа, набранным в задатчике делителя частоты вычислителя 25.

Таким образом, предлагаемый уровнемер позволяет повысить точность и упростить процесс измерения уровня.

1139974

РЗ щдщцИ Заказ 251/30 тираж 703 Подписное аарюед щщ "Датеыт" ° г. Уж орол, уд. ПРоектная,4