Акустический блок ультразвукового измерительного устройства

Изобретение относится к технике измерения уровня жидких и сыпучих веществ и измерения расхода вещества. Техническим результатом изобретения является повышение точности и стабильности показаний при изменении температуры и других факторов, приводящих к механическим деформациям резервуаров. Акустический блок содержащит звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его верхнем конце жестко закреплен электроакустический преобразователь, обращенный с помощью звуковода излучающей поверхностью к поверхности контролируемой среды, находящейся в резервуаре, соединительный узел, жестко связанный с резервуаром. Дополнительно введен гибкий подвес, один из концов которого подсоединен с помощью соединительного узла к упомянутому резервуару, а другим концом соединен снаружи звуковода с его верхним концом так, что обеспечивается неизменность вертикального положения звуковода. Соединительный узел выполнен, в виде патрубка, верхняя часть которого связана болтовым соединением с фланцем, на верхней части которого установлен выходной коммутационный узел, а к нижней части упомянутого фланца прикреплен верхний конец подвеса, нижний конец которого соединяется через цилиндрическую втулку снаружи звуковода с его верхним концом с помощью резьбового соединения. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к технике измерения уровня жидких и сыпучих веществ или измерения расхода вещества и других параметров, определение которых производится на основе измерения расстояния.

Известен акустический блок ультразвукового измерительного устройства, содержащий звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его верхнем конце жестко закреплен электроакустический преобразователь, обращенный с помощью звуковода излучающей поверхностью к поверхности контролируемой среды, находящейся в резервуаре, соединительный узел, жестко соединяющий звуковод с резервуаром [1].

Наиболее близким к заявленному изобретению является акустический блок с упомянутыми выше признаками, в котором звуковод, формируя требуемую диаграмму направленности излучения, имеет нижний конец с разнообразньми геометрическими формами, например с чередующимися выступами и впадинами, в том числе пилообразный и др. [2].

Недостатком упомянутых устройств являются невысокие стабильность и точность измерений при изменении параметров окружающей среды. Наши исследования показали, что это в значительной степени связано с деформацией резервуара с контролируемой средой, вследствие температурных циклов расширения и сжатия материалов, и обусловлено происходящим при этом отклонением направления излучения от перпендикулярного к границе раздела двух сред. Возникающее отклонение затрудняет обнаружение приемного сигнала и создает дополнительную погрешность.

Задачей данного изобретения является повышение точности и стабильности измерений при изменении температуры окружающей среды и в течение срока службы.

Для решения поставленной задачи в акустический блок ультразвукового измерительного устройства, содержащий звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его верхнем конце жестко закреплен электроакустический преобразователь, обращенный с помощью звуковода излучающей поверхностью к поверхности контролируемой среды, находящейся в резервуаре, соединительный узел, жестко связанный с резервуаром, введен гибкий подвес, один из концов которого подсоединен с помощью соединительного узла к упомянутому резервуару, а другим концом соединен снаружи звуковода с его верхним концом, так что обеспечивается неизменность вертикального положения звуковода.

Предлагается соединительный узел выполнять в виде патрубка, верхняя часть которого связана болтовым соединением с фланцем, на верхней части которого установлен выходной коммутационный узел, а нижняя часть жестко соединена с цилиндрической втулкой, соединенной с верхним концом подвеса, например с помощью резьбового соединения.

Предлагается гибкий подвес выполнять из материала с низким коэффициентом линейного расширения, например в виде стального троса или цепи.

Предлагается нижний край звуковода выполнять с чередующимися выступами и впадинами, например пилообразным.

Работа устройства поясняется с помощью фиг.1, 2, 3.

Акустический блок ультразвукового измерительного устройства (фиг.1) состоит из звуковода 1, выполненного в виде трубы, внутри которого на его верхнем конце жестко закреплен электроакустический преобразователь 2, обращенный излучающей поверхностью к поверхности контролируемой среды, находящейся в резервуаре 3, соединительного узла 4, жестко связанного с резервуаром 3, гибкого подвеса 5, один из концов которого подсоединен с помощью соединительного узла 4 к упомянутому резервуару 3, а другим концом соединен снаружи звуковода 1 с его верхним концом, так что обеспечивается неизменность вертикального положения звуковода 1.

Работа устройства по обобщенной схеме (см. фиг.1) происходит следующим образом. Электрические импульсы, поступающие от ультразвукового измерительного устройства на электроакустический преобразователь 2, преобразуются в ультразвуковые колебания, которые вдоль звуковода 1 распространяются в направлении границы раздела со средой, уровень которой контролируется. При этом перпендикулярность распространения колебаний к границе раздела обеспечивается при помощи гибкого подвеса 5 за счет действия силы тяжести. Ультразвуковые колебания отражаются от границы раздела сред и под неизменным углом поступают обратно на электроакустический преобразователь 2, при этом энергия, потерянная на рассеяние ультразвукового пучка за счет отклонения луча минимальна в связи с тем, что излучающая поверхность пьезоэлектрического преобразователя сохраняет параллельность границе раздела сред.

Расстояние до контролируемой поверхности определяется по известной формуле [2]:

где Т - время задержки принятого, отраженного от границы раздела сред импульса относительно излученного; С - скорость ультразвука в газовой среде.

Соединительный узел 4 служит для крепления акустического блока на резервуаре 3 и монтажа электрической линии связи акустического и измерительного блока.

Для обеспечения неизменности вертикального положения звуковода, крепление подвеса должно осуществляться на вертикальной оси, проходящей через центр тяжести узла звуковод - электроакустический преобразователь.

Кроме того, для обеспечения возможности сохранения вертикального положения, звуковод и подвес должны иметь свободный ход в горизонтальной плоскости в пределах возможных отклонений.

На фиг.2 показан вариант выполнения соединительного узла 4. Он содержит патрубок 6, жестко соединенный с резервуаром 3, верхняя часть которого связана болтовым соединением с фланцем 7, на верхней части которого установлен выходной коммутационный узел 8, а к нижней части прикреплен верхний конец подвеса 5, нижний конец которого через втулку 9 соединен с верхним концом звуковода 1.

Нижний край звуковода может иметь разнообразную геометрическую форму, например, выполнен с чередующимися выступами и впадинами - пилообразным (см. фиг.3).

Таким образом, благодаря конструкции акустического блока с введенным подвесом сохраняется точность и стабильность показаний при изменении температуры и других факторов, приводящих к механическим деформациям резервуаров. Разработанный опытный образец показал повышенную стабильность и точность измерений в диапазоне изменения температур от -20 до 40°С.

Источники информации

1. Свидетельство РФ №17616.

2. Патент №2225082, МПК 7: G01F 23/28, заявл. 15.07.02 г., опубл. 27.02.04 г.

1. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства, содержащий звуковод, выполненный в виде трубы, внутри которого на его верхнем конце жестко закреплен электроакустический преобразователь, обращенный с помощью звуковода излучающей поверхностью к поверхности контролируемой среды, находящейся в резервуаре, соединительный узел, жестко связанный с резервуаром, отличающийся тем, что введен гибкий подвес, один из концов которого подсоединен с помощью соединительного узла к упомянутому резервуару, а другим концом соединен снаружи звуковода с его верхним концом так, что обеспечивается неизменность вертикального положения звуковода, при этом соединительный узел выполнен, например, в виде патрубка, верхняя часть которого связана болтовым соединением с фланцем, на верхней части которого установлен выходной коммутационный узел, а к нижней части упомянутого фланца прикреплен верхний конец подвеса, нижний конец которого соединяется через цилиндрическую втулку снаружи звуковода с его верхним концом, например, с помощью резьбового соединения.

2. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.1, отличающийся тем, что подвес выполнен из материала с низким коэффициентом линейного расширения, например, в виде стального троса.

3. Акустический блок ультразвукового измерительного устройства по п.1 или 2, отличающийся тем, что нижний край звуковода выполнен с чередующимися выступами и впадинами, например, пилообразным.