Способ бесконтактного измерения уровня вещества в емкости

 

Сущность изобретения: способ заключается в том, что возбуждают в емкости акустические колебания, принимают и преобразуют возбужденные колебания в электрический сигнал, фильтруют с помощью полосового фильтра частоту акустических колебаний, излучаемых с постоянной мощностью, изменяют во времени, полосовую фильтрацию осуществляют с центральной частотой, равной частоте акустических колебаний, отфильтрованный сигнал преобразуют в сигнал, пропорциональный среднему значению его мощности, измеряют значения частот, соответствующих двум смежным максимальным значениям средней мощности, измеряют температуру воздуха в емкости, а искомый уровень определяют по формуле, приведенной в описании. 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при проектировании автоматизированных систем для измерения уровня вещества в замкнутых цилиндрических емкостях.

Из известного множества способов бесконтактного измерения уровня вещества в емкостях наибольшее распространение получили способы, основанные на направленном излучении на вещество различного вида колебаний: ультразвуковых, акустических, СВЧ-колебаний, измерения параметров отраженных колебаний и определения по ним глубины залегания вещества.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ определения уровня вещества в замкнутой емкости с помощью звука [1] Способ-прототип основан на возбуждении в емкости акустических колебаний, приеме и преобразовании возбужденных колебаний в электрический сигнал, полосовой фильтрации его, преобразовании частоты в напряжение и регистрации последнего. Для повышения помехоустойчивости дополнительно вырабатывается сигнал, пропорциональный мощности помех, который используется в качестве сигнала управления мощностью излучаемых акустических колебаний. В основе способа использовано явление возникновения авторезонансов на частоте, зависящей от глубины залегания вещества.

Однако известно, что возникающие резонансные частоты составляют множество, а поэтому для получения достоверного результата необходимо знать не только частоту резонанса, но и ее номер. Способ номер резонанса не определяет, поэтому может выдать недостоверный результат измерения. Кроме того, частота акустического резонанса в емкости зависит также и от температуры находящегося в ней воздуха.

Все это снижает точность измерения и делает его недостаточно достоверным. Указанные недостатки существенно снижены в предлагаемом способе.

Сущность его заключается в том, что в емкости излучают акустические колебания, отраженные колебания принимают и преобразуют в электрический сигнал, который фильтруют с помощью полосового фильтра, при этом частоту акустических колебаний и равную ей центральную частоту изменяют во времени, отфильтрованный сигнал преобразуют в сигнал, пропорциональный среднему значению его мощности, измеряют значение частот, соответствующих двум смежным максимальным значениям средней мощности, измеряют температуру воздуха в емкости, а искомый уровень определяют по формуле L (1) где f_i, f_i+1 значение частот, соответствующих предыдущему и последующему максимумам сигнала; t значение температуры воздуха в емкости; а 150 м/с; b=0,3 м/с.град.

Разность между соседними резонансными частотами при данной длине трубы постоянна.

Благодаря изменению частоты излучаемых акустических колебаний, согласованной с ней полосовой фильтрации принятых сигналов и преобразований их в сигнал, пропорциональный средней мощности, обеспечивается выделение частот двух смежных резонансов f_i и f_i+1, а так как разность между ними не зависит от номера резонанса, то отпадает необходимость в его определении.

Благодаря вторичной фильтрации, заключающейся в формировании сигнала, пропорционального средней мощности принятых колебаний, существенно снижается влияние помех на частоте излучаемого сигнала и, следовательно, на точность измерения.

Способ позволяет производить априорный выбор диапазона излучаемых акустических колебаний в зависимости от физических свойств контролируемого вещества.

Указанные отличительные особенности способа, а также измерение и учет температуры воздуха в емкости позволяют существенно повысить точность и достоверность измерения уровня, а также упростить реализацию способа.

На фиг. 1 приведена функциональная схема варианта устройства для осуществления способа; на фиг. 2 временные диаграммы, поясняющие частный случай его работы.

Устройство содержит перестраиваемый, задающий генератор 1 (ПЗГ), подключенный выходом к источнику 2 акустических колебаний (ИАК), последовательно соединенные приемник 3 акустических колебаний (ПАК), полосовой перестраиваемый фильтр 4, преобразователь 5 сигнала и блок 6 определения максимумов, подключенный выходом к управляющему входу блока 7 вычисления, второй информационный вход которого подключен к датчику температуры воздуха в емкости, а его первый информационный вход соединен с вторым выходом задающего генератора 1 и с управляющим входом полосового фильтра 4.

На фиг. 2 обозначены: 9 сигнал возбуждения излучателя 2, выдаваемый задающим генератором 1; 10 сигнал на выходе полосового фильтра 4; 11 сигнал на выходе преобразователя 5; 12 управляющие импульсы на выходе блока 6 определения максимума.

Способ реализуется следующим образом.

Задающий генератор 1 вырабатывает дискретно изменяющуюся частоту (см. фиг. 2), преобразуемую в источнике 2 в акустические колебания, которые излучаются в емкости.

Возбужденные в емкости акустические колебаний принимаются приемником 3 и преобразуются последним в электрический сигнал. Сигнал с приемника поступает в полосовой фильтр 4, центральная частота которого синхронно изменяется с изменением частоты, вырабатываемой генератором 1. Выделенный фильтром 4 сигнал (см. 10, фиг. 2) поступает в преобразователь 5, который вырабатывает сигнал, пропорциональный усредненной мощности входного (см. 11, фиг. 2). Блок 6 определяет моменты наступления максимумов в этом сигнале и формирует соответствующие им импульсы (см. 12, фиг. 2). Блок 6 определения максимумов работает по принципу сравнения значения входного сигнала (средней мощности) на предыдущей частоте с его значением на текущей частоте, выявления наибольшего из них, запоминания его значения и сравнения с последующим значением. Если на следующей частоте имеет место возрастание значения сигнала, то процесс продолжается. Если же значение сигнала уменьшилось, то принимается решение о наличии максимума на предыдущей по отношении к данной частоте, значение которой хранится и обновляется в блоке 7 как первая резонансная частота. Аналогично определяется и фиксируется вторая резонансная частота. Одновременно в блок 7 заносится информация о температуре воздуха в емкости и в нем вычисляется уровень вещества в емкости по приведенной выше формуле.

Формула изобретения

СПОСОБ БЕСКОНТАКТНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ВЕЩЕСТВА В ЕМКОСТИ, заключающийся в том, что излучают акустические колебания, отраженные колебания принимают и преобразуют в электрический сигнал, фильтруют его с помощью полосового фильтра, отличающийся тем, что частоту акустических колебаний и равную ей центральную частоту полосовой фильтрации изменяют во времени, отфильтрованный сигнал преобразуют в сигнал, пропорциональный среднему значению его мощности, измеряют значения частот, соответствующие двум смежным максимальным значениям средней мощности, измеряют температуру воздуха в емкости, а искомый уровень L определяют по формуле: где a 150 м/с; b 0,3 м/с · град.);
f_i, f_i+1 значения частот, соответствующие двум смежным максимальным значениям средней мощности;
t значение температуры воздуха в емкости, ^oС.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2