Ультразвуковой уровнемер

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ш 546786

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт, свил-ву (22) Заявлено 26.05.75 (21) 2137278/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет

Опубликовано 15.02.77. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 30.03.77 (51) М. Кл.- "G 01F23/28

Государственный комитет

Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 534.232(088.8) (72) Авторы изобретения

Т. P. Рехельс, И. Д. Рубин, И. А. Набиев и P. М. Ахмедов

Азербайджанский институт нефти и химии им, М. Азизбекова (71) Заявитель (54) УЛЪТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР

Изобретение относится к технической акустике и может найти применение при измерениях уровня жидких сред.

Известны ультразвуковые уровнемеры с волноводами, свойства которых изменяются при переходе границы раздела жидкости— газ, что приводит к отражению ультразвуковой волны, распространяющейся по волноводу от места этого перехода (1).

Однако эти уровнемеры недостаточно эффективны при измерениях больших уровней.

Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является ультразвуковой уровнемер, содержащий уровнемерную трубку с акустически прозрачными стенками, приемный и излучающий пьезопреобразователи, генератор, приемник и счетчик импульсов (2).

Однако этот уровнемер имеет низкую надежность и точность.

Целью изобретения является повышение надежности и точности уровнемера.

Это достигается тем, что в предлагаемом уровнем ере уровнемерна я трубка выполнена в виде накопительной емкости, сочлененной с цилиндрическим стаканом, и заполнена ферромагнитной жидкостью, а в верхней части уровнемерной трубки смонтирован соленоид, подключенный к источнику переменного тока, приемный преобразователь размещен в плоскости верхнего среза цилиндрического стакана и подключен через приемник ко входу переключателя режима работы, один из выходов которото подключен к фазочувствительной ячейке, соединенной со входом счетчика импульсов, а другой подключен ко входу генератора ударного возбуждения, выход которого соединен с излучающим преобразователем и опорным входом триггера измерителя времен10 ных интервалов, интервальный вход которого подключен к выходу приемника.

На фиг. 1 показана функциональная схема электронного блока и общий вид датчика предлагаемого ультразвукового уровнемера; на фиг. 2 — эпюры электрических напряжений.

Датчик содержит уровнемерную трубку 1, состоящую из накопительной емкости 2, сочлененной с цилиндрическим стаканом 3, заполненным ферромагнитной жидкостью 4, соленоид 5, соединительную трубку 6, крышку 7, пьезопреобразователь 8.

Электронный блок феррожидкостного ультразвукового уровнемера, в свою очередь, содержит генератор синусоидальных колебаний

25 9, приемник 10, переключатель режима работы 11, фазочувствительную ячейку 12. счетчик импульсов 13.

Прп работе устройства в импульсном режиме в электронный блок вместо фазочувствитель

30 ной ячейки и счетчика импульсов, входят ге546786

1),с,: (,с, 2) дс2 о,с, 02) (Jill

Ра ("1 с,(с, С2 - с„

b0

65 нератор ударного возбуждения 14 и измеритель временных интервалов 15. В состав электронного блока входит также модулятор тока 16.

Устройство в импульсном режиме (переключатель режима работы 11 в верхнем положении) работает следующим образом.

В нулевом цикле ферромагнитная жидкость

4 полностью заполняет весь объем цилиндрического стакана 3 уровнемерной трубки 1, при этом электрические синусоидальные колебания от генератора 9, после преобразования их в ультразвуковые пьезопреобразователем 8 распространяются вниз по жидкостному волповоду.

При достижении ультразвуковыми колебаниями части уровнемерной трубки, контактирующей с контролируемой средой, они почти полностью проходят через стенки уровнемерной трубки в контролируемую жидкость и затухают в ней, так как полное прохождение звуковой волны через границу раздела при наклонном падении, как следует из теории, возможно в двух случаях: где pI и р — плотности сред, а с1 и с2 — скорости звука в средах.

При подаче напряжения на вход модулятора тока 16 через нагруженный на него соленоид 5 начинает протекать электрический ток

I„(фиг. 2), периодически отключаемый и включаемый при помощи модулятора тока 16.

Вокруг соленоида образуется магнитное поле, втягивающее ферромагнитную жидкость, которая при подъеме перетекает в накопительную емкость 2, а высота столба магнитной жидкости изменяется от 4 до l.

При этом в момент, когда нижняя поверхность столба ферромагнитной жидкости выходит из зоны контакта уровнемерной трубки с контролируемой средой, ультразвуковые колебания, отраженные от границы раздела феррожидкость — воздух и дальнейшего многократного отражения от стенки уровнемерной трубки, достигают приемной поверхности пьезопреобразователя 8.

На выходе приемника 10 появляется видеоИМПУЛЬС U»„.n, ПЕРЕДНИМ фРОНтОМ КатОРОГО запускается генератор ударного возбуждения

14, нагруженный на:пьезопреобразователь 8 и соединенный с опорным входом триггера измерителя временных интервалов 15. Посланный пьезопреобразователем 8 ультразвуковой импульс U, осуществляет эхолоцирование мгновенного положения нижней поверхности ферромагнитного жидкостного столба. Отраженный импульс У„после усиления и формирования опрокидывает триггер измерителя временных интервалов 15, формируя на его выходе стробимпульс UÄ „длительность которого эквивалентна величине уровня контролируемой жидкости, 5

4

Принцип работы устройства в непрерывном режиме (переключатель режима работы 11 в нижнем положении) поясняется следующим образом.

В нулевом цикле до момента, когда нижняя поверхность столба ферромагни IIOII жидкости находится в зоне контакта уровнемерной трубки с контролируемой жидкостью, в волноводе распространяется бегущая ультразвуковая волна. В момент, соответствующий переходу этой зоны, в жидкостном волноводе образуется стоячая ультразвуковая волна.

Причем, когда расстояние от пьезопреобразователя 8 до отражающей поверхности оказывается равным целому числу почуволн, интенсивность стоячей волны достигает максимума Г,,.4,. . Такие резонансы повторяются при каждом перемещении отражателя на расстояние, равное —, где л — длина волны. Резонансы V„,x.q,.. регистрируются фазочувствительной ячейкой 12 по максимуму или минимуму. По числу максимумов или минимумов фиксируемых счетчиком импульсов 13, можно судить о высоте жидкостного столба, а значит и измеряемого уровня жидкости. Так например, при периоде отсчета, равном О, высота столба l определится по формуле

l =

c(n — 1)

2f где и — число минимумов, f — частота несущей ультразвуковых колебаний.

Повышение точности измерения уровня в предлагаемом уровнемере достигается тем, что ультразвуковые колебания отражаются только от одной поверхности отражателя.

Кроме того, они распространяются лишь в столбе феррожидкости с известными акустическими параметрами и не прозвучивают участок контролируемой жидкости, акустические параметры которой могут изменяться в широких пределах.

Формула изобретения

Ультразвуковой уровнемер, содержащий уровнемерную трубку с акустически прозрачными стенками, приемный и излучающий пьезопреобразователи, генератор, приемник и счетчик импульсов, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и точности, уровнемерная трубка выполнена,в виде накопительной емкости, сочлененной с цилинд,рическим стаканом, и заполнена ферромагнитной жидкостью, а в верхней части уровнемерной трубки смонтирован соленоид, подключенный к источнику переменного тока, приемный пьезопреобразователь размещен в плоскости верхнего среза цилиндрического стакана и подключен через приемник ко входу переключателя режима работы, один из выходов которого подключен к фазочувствительной ячейке, соединенной со входом счетчика им546786

Составитель В. Пирогов

Текред 3. Тарасова

Корректор Л. Котова

Редактор И. Шубина

Заказ 374/! Изд. Vo 185 Тираж 899 Г1одписное

Ц! 11!И!1И Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий! 13035, Москва, Ж-35, Раугнская паб., д. 4,5

Типография, ир. Сапунова, 2 пульсов, а другой выход подключен ко входу генератора ударного возбу>кде .ия, выход которого соединен с излучающим преобразователем и опорным входом триггера измерителя временных интервалов, интервальный вход которого подключен к выходу приемника, 6

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Патент CILIA № 2787160, кл. 73 — 290, опубл. 1957.

5 2. Авторское свидетельство СССР ¹310121, М. кл.- G OIF 23/28, 1970.