Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости
Применение1 изобретение относится к устройствам для исследования жидкостей. Сущность изобретения. Устройство состоит из стакана 1, содержащего инжектор 2, соединенный с циркуляционным насосом 3, и магнитострикционный преобразователь 4, которые направлены под углом, меньшим второго критического угла, т.е. 30°, к излучающей пластине ультразвукового измерительного элемента 5, который соединен с отсчетно-регистрирующим блоком 6. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (19) (11) (я)5 G 01 F 23/28
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4844091/10 (22) 29.05.90 (46) 30.09.92. Бюл. М 36 (71) Обнинский институт атомной энергетики (72) А.К.Бровцын, И.А.Филатов, М.С.Гаджиев и В.С.Бондарь (56) Авторское свидетельство СССР
М 1064147, кл. G 01 F23/28,,1982. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ
Изобретение относится к измерительной технике в энергетике, химической промышленности и других областях народного хозяйства.
Проведенные прогнозно-оценочные исследования (1) показывают, что известны ультразвуковой сигнализатор уровня жидкости (2), содержащий пьезоэлектрические преобразователи и отсчетно-регистрирующий блок, ультразвуковой измеритель расстояния в жидкостях (3), содержащий отражатель, эталонный и измерительный каналы, каждый из которых содержит электроакустический преобразователь, уровнемеры (4).
Недостатками указанных устройств являются ненадежность и ограниченность и рименения.
Наиболее близким известным техническим решением к предложенному является ультразвуковой уровнемер (5), содержащий эталонный и измерительный каналы, каждый из которых состоит из обратимого электроакустического преобразователя, включенного в цепь синхрокольца, состоя(57) Применение: изобретение относится к устройствам для исследования жидкостей.
Сущность изобретения. Устройство состоит из стакана 1, содержащего инжектор 2, соединенный с циркуляционным насосом 3, и магнитострикционный преобразователь 4, которые направлены под углом, меньшим второго критического угла, т.е, < 300, к излучающей пластине ультразвукового измерительного элемента 5, который соединен с отсчетно-регистрирующим блоком 6, 1 ил. щего из приемно-формирующего блока и генератора зондирующих импульсов, а также измеритель временных интервалов, индикатор, делитель и интегратор.
Недостатками прототипа являются невысокие функциональная надежность и точность измерений, особенно в агрессивных жидкостях, имеющих, как правило, твердые включения и пузырьки воздуха, Оседание включений на излучающую и приемную поверхности преобразователя или наличие пузырьков воздуха приводит к рассеянию ультразвуковых колебаний и увеличению погрешности измерения.
Целью изобретения является повышение точности определения уровня жидкости.
Указанная цель достигается тем, что в ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости, содержащее емкость и обратимый электроакустический преобразователь, соединенный с регистрирующим блоком, введены инжектор, связанный с циркуляционным насосом, и магнитострикционный преобразователь, герметично за1765711 крепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя, расположенного на дне емкости, под углом Дк > arcsin(), где Сц и Са—
Сн
Сс2 скорости распространения продольных и поперечных колебаний в жидкости и твердом теле соответственно.
Новизна заявленного устройства для определения уровня жидкости заключается в совокупности признаков, позволяющих повысить точность измерений, Существенным отличием заявленного устройства от прототипа является оборудование устройства циркуляционным насосом с инжектором и магнитострикционным преобразователем.
Оборудование устройства насосом с инжектором позволяет сбивать оседающие на поверхность измерительного элемента электроакустического преобразователя твердые включения с помощью направленной струи жидкости, а ультразвуковые колебания достаточно большой мощности, излучаемые магнитострикционным преобразователем, позволяют дополнительно очищать эту поверхность от пузырьков воздуха, тем самым повышая точность измерения времени прохождения ультразвука в жидкости.
На чертеже приведена принципиальная схема ультразвукового устройства.
Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости состоит из емкости
1, содержащей инжектор 2, связанный с циркуляционным насосом 3, и магнитострикционный преобразователь 4, герметично закрепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя 5, расположенного на дне емкости, под углом, большим второго критического угла для продольных колебаний в жидкости; электроакустический преобразователь 5 соединен с регистрирующим блоком 6.
Угол наклона инжектора и магнитострикционного и реобразователя (вибратора) выбран менее 30 из условия полного отражения ультразвука от рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя. Мощность ультразвуковых колебаний вибратора достаточна для разрушения пузырьков воздуха на поверхности акустического преобразователя, но при углах более 30 часть энергии может поглощаться этой поверхностью, что приводит к ее повреждению.
Значение второго критического угла определяется выражением
А" ""!" (С )
G1 (1) где Сц — скорость продольных колебаний в
10 жидкости (1500 м/с);
С 2 — скорость поперечных колебаний в пьезоэлементе акустического преобразователя (3000 м/с).
Из выражения (1) получим
Дкр Brcsin (дооО) = 30
150О о
Т.о, угол падения Р ультразвуковых колебаний на рабочую поверхность электро20 акустического преобразователя должен быть больше ЗОО, а угол наклона вибратора (а=90- P ) меньше 60 .
Ультразвуковое устройство для. определения уровня жидкости работает следую25 щим образом.
В емкости 1, заполненный жидкостью, рабочая поверхность обратимого электроакустического преобразователя 5 излучает ультразвуковые колебания, которые, отра30 жаясь от поверхности жидкости, вновь принимаются преобразователем 5 и, преобразованные в электрические сигналы, регистрируются блоком 6, который измеряет время прохождения ультразвука до по35 верхности жидкости и обратно.
Периодически между измерениями с помощью насоса 3 с инжектором 2 создается струя жидкости, например, с напором 3 — 5 атм и ультразвуковые колебания, например, 40 с частотой 5-10 кГц от магнитострикционного преобразователя 4, которые направлены под углом менее 60 к рабочей поверхности электроакустического преобразователя 5 и которые очищают ее от пузырьков воздуха и
45 микрочастиц.
Технико-экономическая эффективность применения предлагаемого устройства в сравнении с прототипом, аналогами и известными устройствами заключается в повы50 шении точности за счет снятия пузырьков воздуха и микрочастиц с рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя с помощью струи жидкости в поле ультразвуковых колебаний.
55 Формула изобретения
Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости, содержащее емкость и обратимый электроакустический
1765711
-:. ".@,».- ."= çôôôôôôô@ô3Â- МФФЙФж+= «ж=:-.-*: 44".. - =-".-..-:: =" =:= " "-" " - =. :"::
Составитель А.Бровцын . Редактор Т.Орловская Техред М.Моргентал
°:.; уаф у",=Уй Йм@сф@ьмяиР%ы вйбьа:Ф
Корректор О, Юрковецкая
- -. Заказ 3380 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР—. ---:---- =:=- =="- -"=--=- ---- =113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 преобразователь, соединенный с регистрирующим блоком, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, в него введены инжектор, связанный с циркуляционным насосом, и магнитострикционный преобразователь, герметично закрепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя, расположенного на дне емкости, под углом фьр > arcsin(— )
G1
Сс2 где Си и С вЂ” скорости распространения
5 продольных и поперечных колебаний в жидкости и в твердом теле соответственно.
