Устройство для определения уровня жидкости
Использование: в измерительной технике для непрерывного измерения уровня и массы жидкости. Сущность изобретения: при измерении в резонаторе возбуждаются автоколебания двух типов, изгибные колебания резонатора и акустические, вызывающие стоячую волну в верхней части резонатора 7. Частота изгибных колебаний зависит от уровня и плотности, частота акустических колебаний зависит только от уровня. По данным сигналам в измерительном блоке определяется уровень и плотность , а также масса жидкости. 1 ил.
со|оз советских СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 F 23/28
ГОСУДАРСТВЕН{-|Ъ|Й КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕН|1ЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
>("Blrgggggg р Ô({{{{ g gg
{ф ©ур, &&Д&НЪ&
ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Ф&
&& 4
0 4
Сд (Я
Ю (21) 4776695/10 (22) 02.01.90 (46) 07.10.92. Бюл, и 37 (71) Днепропетровский химико-технологический институт им, Ф.Э.Дэержинского (72) B.È,Ñíåãóð, Ю.К.Тараненко и О,И&Школа (56) Авторское свидетельство СССР
{ч . 838382, кл. G 01 F 23/28, 1979 (прототип). (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
УРОВНЯ ЖИДКОСТИ (57) Использование: в измерительной технике для непрерывного измерения уровня и
Изобретение относится к технике изме-. рения уровня жидких сред и может найти применение для автоматического измерения массы и уровня жидкости в емкостях.
Известен акустический уровнемер, в котором о контролируемом уровне судят по количеству полуволн звуковых колебаний; укладывающихся в воздушном зазоре между источником волн и зеркалом контролируемой жидкости, С ростом контролируемого уровня воздушный зазор уменьшается, частота колебаний растет, длина полуволны уменьшается. Стоячая волна в указанных уровнемерах возбуждается с помощью автогенератора, включающего резонирующий столб воздуха в зазоре, возбудитель-приемник колебаний и усилитель обратной связи.
Выходной сигнал прибора зависит только от величины воздушного зазора и скорости звука в воздухе или в другой среде в надуровневом пространстве. Энергия в отраженной волне зависит от соотношения импедансов сред. При изменении плотности жидкости меняется энергия в отраженной волне, что не сказывается на выходном.БЦ,, 1767352 А1 массы жидкости. Сущность изобретения: при измерении в резонаторе возбуждаются автоколебания двух типов, изгибные колебания резонатора и акустические, вызывающие стоячую волну в верхней части резонатора 7, Частота изгибных колебанийэависит от уровня и плотности, частота акустических колебаний зависит только от уровня, По данным сигналам в измерительном блоке определяется уровень и плотность, а также масса жидкости. 1 ил. сигнале прибора. Поэтому по показаниям акустического уровнемера в условиях изменения плотности жидкости нельзя определить ее массу в емкости.
Известен датчик уровня жидкости, содержащий трубчатый резонатор, закрепленный на упругом элементе, систему возбуждения и сьема малых изгибных колебаний резонатора, вторичный прибор. Внутренняя полость резонатора сообщается с основной емкостью, в которой измеряют уровень жидкости, Период колебаний резонатора зависит как от уровня жидкости в нем, так и от плотности контролируемой среды, Это не позволяет получить однозначную информацию о массе жидкости в емкости в условиях изменения плотности контролируемой среды, например, в результате изменения температуры.
Наиболее близким к предлагаемому является вибрационный уровнемер жидкости, содержащий два сообщающихся между собой и с основной емкостью резонатора, которые выполнены в виде сдвоенных
17G7352 трубчатых камертонов, причем второй резонатор установлен в плоскости, проходящей через днище основной емкости, а первый— в плоскости, перпендикулярной днищу основной емкости. каждый резонатор снабжен системой возбуждения автоколебаний, состоящей из возбудителя, приемника и усилителя положительной обратной связи, выходы усилителей через измерители периодов колебаний подключены к блоку обработки сигйалов, в котором периоды колебаний вычитаются, выход блока обработки сигйалов подключен ко вторичному прибору.
Выходной сигнал первого резонатора зависйт от.уровня и плотности контролируемой жидкости, а выходной сигнал второго резонатора зависит только от йлотности контролируемой жидкости.
Недостатком вибрационного уровнемера является низкая точность измерения, обусловл енная р азличным и и ол ям и йеинформативных параметров резонаторов, оп- ределяемыми различными местами их установки. Другим недостатком являются большие габаритные размеры устройства. . Кроме того, по выходному сигналу уровне.мера нельзя определить массу жидкости в контролируемой емкости, что ограничивает функциональные воэможности устройства.
Целью изобретения является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет одновременного определения массы контролируемой жидкости..
Поставленная цель достигается тем, что
- устройство для определения уровня жидкости, содержащее трубчатый камертонный резонатор, закреплейный упругб на основании, блок возбуждения изгибных автоколе . банйй резонатора, йзмерительйый блок, первый вход которого подключен к вйходу блока возбуждения изгибных автоколеба. ний; и индикатор, подключенный к выходу измерительного блока, дополнительно снабжено возбудителем-приемником aicyстических волн, закрепленным в верхней части резонатора, и автогенвратором, в . цепь которого включен возбудитель-приемник акустических волн, при этом второй вход измерительного блока подключен к выходу автогенерато ра .:
Такая комбинация вибрационного и акустического уровнемеров позволяет измерять уровень и плотность контролируемой жидкости с повышенной точностью.
Действительно, период колебаний Ti акустического уровнемера зависит от контролируемого уровня h согласно соотношению
1 — h
Ti = с и (1) где L- общая длина резонатора вибрационного уровнемера;
5 L-h — длина резонатора акустического уровнемера; с,п — скорость звука в надуровневом пространстве и номер гармоники, Период Тг колебаний вибрационного
10 уровнемера завйсит от уровня h и плотности р контролируемой жидкости согласно соотношению (2) Tz=2m
S гце а= —;
ЗН
ТЗ -4л Ь зо з
h= — Т сп (3) Имея зависимость площади сечения емкости S от уровня Ь при заданных значениях
h и р, можно вычислить массу жидкости в емкости по формуле
М = р f Я(п)с"и (4) 40
Точность определения р, h, а следовательно, и М, зависит от точности в измере4" нии Ti и Tj и определении констант с, à, b.
Точность определения Т1 и Tz зависит от
: частоты генораторэ заполнения рТ1=рТг =
10, f, = 100 МГц. Величины с,а,b довольно точно могут быть определены эксперимен50 тально, прй пустом р= $ь = 1,29 кг/м и заполненном дистиллированной водой р--* рагид = 998,2 кгlм резонаторах р с, р а, рЬ, порядка 10 6;
Предложенное техническое решение отличается от известных решений большей точностью измерений и "ченьшими габаритными размерами и весом.
На чертеже изображено устройство для определения уровня жидкости, fo
20 ЗН 1
S — проходное сечение трубки;
Н вЂ” изгибная жесткость трубки резонатора;
1, — момент инерцйи трубки с закреп25 ленными на ней деталями.
Решая в измерительном блоке (1) и (2) совместно, получим
1767352
Устройство содержит трубчатый резонатор 1, упруго закрепленный на основании и сообщающийся с основной емкость о 2, уровень жидкости в которой определяют.
Блок возбуждения малых изгибных автоколебаний включает возбудитель 3 колебаний, приемник 4, усилитель 5 автогенератора.
Возбудитель-приемник 6 акустических волн установлен в верхней части резонатора.
Усилитель 7 акустического автогенератора пополняет энергию в стоячей звуковой волне в резонаторе. Выходы усилителей автогенераторов подключены ко входам измерительного блока 8, последний осуществляет вычисление h, р, M по соотношениям (3) Ll (4). В качестве измерительного блока может быть использован микропроцессор с преобразователями период-код.
Числовые значения L, а, К с вводят о память процессора. В качестве индикатора 9 может быть использовано алфавитно-цифровое печатающее устройство. Устройство может работать в условиях изменения массовой плотности контролируемой жидкости 10, Устройство работает следующим образом.
По закону сообщающихся сосудов уровни жидкости в емкости 2 и в резонаторе 1 выравниваются, Элементами 3,4,5 резонатор 1 йриводится в режим малых изгибных автоколебаний с частотой порядка 20 Гц и девиацией 3-5 Гц при изменении уровня от
0 до 1 м. Частота колебаний уменьшается с увеличением уровня и плотности контролируемой х .идкости, а период колебаний растет. Одновременно в узком телесном угле внутри резонатора при помощи обратимого пьезоэлемента 6 с концентратором и усилителя автогенератора 7 возбуждается стоячая волна, длина которой при постоянной скорости распространения зависит только от расстояl ия между пьезоэлементом и уровнем жидкости в резонаторе. Частота колебаний давления в стоячей волне растет с ростом контролируемого уровня or 200 до
3500 Гц, период акустических колебаний
5 уменьшается. Сигналы обоих автогенераторОВ поступают" в йзмерительный блок 8, в котором происходит преобразование периодов в код и последуюнф и расчет значений массы жидкости в емкости М, плотности
10 жидкости р и уровня h. Указанные значения регистрируются индикатором 9.
Предложенное техническое решение может найти применение для измерения уровня и массы жидкостей в условиях неве15 сомости, когда инерционные силы создаются резонатором 1, а средой для передачи акустических колебаний являются пары контролируемой жидкости. Если надуровневые ббьемы резонатора и емкости соединить, 20 можно производить измерения при любом давлении или разоеже iw.
Формула изобретения
Устройство для определения уровня жидкости, содер>кащее трубчатый камер25 тонный резонатор, закрепленный упруго на основании, блок возбуждения изгйбных автоколебаний резонатора, измерительный блок, первый вход которого подключен к выходу блока возбуждения изгибных авто30 колебаний, и индикатор, подключенный к выходу измерительного блока. о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности и расширения функциональных возможностей эа счет одновременного orI35 ределения массы контролируемой жидкости, в него дополнительно введены возбудитель-приемник акустических волн, закрепленный в верхней части резонатора, и автогенератор, в цепь которого включен
40 возбудитель-приемник акустических волн, при атом второй выход измерительного блока подключен к выходу автогенератора, 1767352
Составитель Ю. Тараненко
Техред M.Mîðãåèòàë Корректор Н. Ревская
Редактор
Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина. 101
Закаэ 3541 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5
