Способ компенсации погрешностей акустических локационных уровнемеров и устройство для его осуществления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (11) 765659 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 120978 (2! ) 2бб30б0/18-10 с присоединением заявки №вЂ” (23) Приоритет—

Опубликовано 23,0980. Бюллетень ¹ 35

Дата опубликования описания 250980 (5()м. к .з

6 01 Е 1/бб

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 534 ° 232 (088.8) (72) Авторы изобретения

О. И. Бабиков, В. П. Огнев, Г. С. Поль-Мари, Р. П. Провальский, Ю. С. Личагин, И. И. Фельдшеров и A Г. Кириенко (7! ) 3aявитель (54) СПОСОБ КОМПЕНСАЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ АКУСТИЧЕСКИХ

ЛОКАЦИОННЫХ УРОВНЕМЕРОВ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к ультразвуковой технике и может найти применение для измерения и контроля уровня жидкости в емкостях методом ультра- 5 звуковой локации без непосредственного контакта акустического датчика с контролируемой жидкостью.

Известен способ компенсации погрешностей ультразвуковых акустических уровнемеров при локации уровня через газ с использованием реперного канала термокомпенсации, которая осуществляется посредством деления временных интервалов-импульсов. друг иа дру- 5 га для исключения ошибки из-эа воз— можных изменений скорости распространения ультразвука в прозвучиваемой среде (1)

Недостатками этого способа являют-2О ся трудность осуществления деления сигналов без погрешностей и малый амплитудный рабочий диапазон.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ компенсации погрешностей акустических локационных уровнемеров, основанный на одновременном синхрониэи рованном излучении ультразвуковых рабочих импульсов и реперных импульсов, проходящих фиксированное расстояние, их приеме, усилении, разделении во времени и формировании реперного прямоугольного импульса, передний фронт. которого соответствует моменту излучения ультразвуковых импульсов, а задний — моменту прихода реперного ультразвукового импульса (23 .

Этот способ компенсации изменений физических параметров прозвучиваемой среды имеет следующие недостатки: изменения частоты задающего генератора приводят и дополнительным ошибкам измерения расстояния до контролируемого уровняВ изменения формы и длительности отраженного сигнала от шероховатости или наклонных отражакщих поверхностетй также приводят к дополнительной сшибке.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее излучающий и приемный пьезоэлементы акустического датчика, синхронизатор, делитель частоты, генератор зондирукедих ультразвуковых импульсов, акустический датчик с излучателем и приемником, уси765659 литель, измерительный триггер и индикатор (3), Однако это устройство не обеспечи-. вает независимости показаний уровня при изменении температуры, давления или состава газовой среды.

Цель изобретения — повышение точ5 ности и стабильности компенсации при изменении физических параметров проэвучиваемой среды.

Поставленная цель достигается тем, что реперный прямоугольный импульс сравнивают с временным интервалом импульсов, полученных при делении частоты синхронизирующих импульсов, и вырабатывают сигнал ошибки, которым изменяют частоту синхрониэирующих импульсов и период следования рабочих и реперных ультразвуковых импульсов, причем отношение этого периода к длительности реперного прямоугольного .импульса оставляют постоянным. 20

Устройство для осуществления способа снабжено установленным на датчике рецерным отражателем, схемой разделения реперного и измерительного сигналов, триггером реперного интервала, схемой сравнения временных интервалов и схемой сигнала ошибки, при этом усилитель соединен с синхронизатором через последовательно соединенные схему разделения реперного и измерительного сигналов, триггер реперного интервала, схему сравнения временных интервалов и схему сигнала ошибки, выход делителя частоты соединен со вторыми входами схемы разделения реперного и измерительного сигналов, триггера реперного интервала, измерительного триггера и схемы сраанения временных интервалов, а второй выход схемы разделения реперного н измерительного сигналов соединен с 40 первым входом измерительного триггера.

Реперный отражатель может быть выполнен с плоской отражающей поверхностью.

На чертеже представлена блок-схема 4ц устройства, с помощью которого реализуется способ.

Устройство состоит из синхронизатора 1, соединенного с делителем частоты 2, выполненным на триггерах, ко- цО торый, в свою очередь, подключен к генератору 3 зондирующих ультразвуковых импульсов и далее к иэлучаккцему преобразователю 4 акустического датчика 5, реперного отражателя 6, устано .енного в,е мак, ального у, вня 55 жйдкости 7, находящейся в емкости 8, щриемного преобразователя 9, усилителя 10, к выходу которого подключена схема 11 разделения реперного и измерительного сигналов. К одному из 40 входов схемы 11 подключен триггер 12 реперного интервала, соединенный через схему сравнения 13 и схему 14 вы.работки сигнала ошибки с синхронизатОром 1, а к другому — измерительный ф5 триггер 15, импульсы которого поступают на индикатор 16.

Устройство работает следующим образом.

Синхронизатор 1 вырабатывает короткие прямоугольные импульсы с периодом следования, являющимся функцией скорости распространения ультразвуковых колебаний в газовой среде над уровнем контролируемой жидкости. Делитель частоты 2, запускаемый импульсами синхронизатора, вырабатывает: а) импульсы с периодом T Nt о для запуска зондирующего генератора

3 и триггера 12 реперного интервала, где to — период повторения импульсов синхронизатора, ° б) импульсы для управления работой схемы разделения реперного и измерительного отраженных сигналов, в) импульсы для управления измерительным триггером 15, задержанные по отношению к импульсам зондирующего генератора на время пс, соответствункцее времени поступления измерительных сигналов, отраженных от дна пустой емкости 8 (донные импульсы);

r) импульсы с длительностью mto u периодом То, поступакщие на схему 13, М, n, m — целые постоянные числа, при. чем N> n>m.

Зондирующий генератор 3 после запуска импульсом делителя частоты 2 возбуждает пакетный пьезоэлектрический преобразователь 4, в результате чего в газовую среду посылается ультразвуковой импульсный сигнал в направлении реперного отражателя 6 и поверхности жидкости 7. После отражения на приемный преобразователь 9 (аналогичный преобразователю 4) поступает сначала реперный, а затем и измерительный сигналы, так как реперный отражатель 6 устанавливается выше максимального уровня жидкости в емкости. Усилитель 10 усиливает отраженные сигналы, схема 11 разделяет отраженные сигналы (по времени поступления), и сигналы поступают на соответствуклцие триггеры 12 и 15. Измерительный триггер 15 опрокидывается принятым измерительным импульсом и возвращается в первоначальное состояние "донным" импульсом, поступающим от делителя частоты 2. Таким образом на его выходе формируется импульс, длительность которого равна разности t -t, где

tg — время прохождения донйого импульса, „„ — время прохождения, равное

2 h/С, h — расстояние от датчика до поверхности жидкости, С вЂ” скорость распространения ультразвука. С выхода триггера 15.импульсы поступают на индикатор 16, напряжение на котором равно

tg tnp nto 2c

Èh

=А А еых 4 р к о о

765659

1. Способ компенсации погрешностей„ акустических локационных уровнемеров, основанный на одновременном синхронизированном излучении ультразвуковых рабочих импульсов и реперных импульсов, проходящих фиксированное расстояние, кх .приеме, усилении,разделении во времени и формировании репврного прямоугольного импульса, передний 45 фронт которого соответствует моменту излучения ультразвуковых импульсов, а задний — моменту прихода репвриого ультразвукового импульса, о т л и— .ч а ю шийся тем, что, с целью - $Q повьааения точности и стабильности компенсации при изменении физических где А — постоянная интегратора индикатора. триггер 12 реперного интервала опрокидывается импульсом запуска эондирущцего генератора и возвращается в первоначальное состояние принятым реперным импульсом, поэтому на его выходе образуется импульс реперного интервала длительностью tppn 2 I/с, . где l — расстояние от датчика дореперного отражателя.

С выхода триггера 12 импульсы по. ступают на первый вход схемы 13, на второй вход этой схемы поступают импульсы с длительностью mt от делитво ля 2. Схема 13 сравнивает длительность импульсов, поступающих на ее 15 входы, и вырабатывает сигнал ошибки, воздействующий на период импульсов, так, что всегда обеспечивается заданное соотношение to 26 1 20

2 - о 2 я

A const t *А — — ° (2) рея

После подстановки выражения (2) в .формулу (1) и упрощения получают

Aq mf n

Ц т—

ВЬ!х Д Я (2 Я

Из выражения (3) следует, что показания индикатора 16 определяются измеренным значением уровня контроли. руемой жидкости (Ь) и нв зависят от величины скорости распространения ультразвука в газовой среде, т.е. от . таких параметров последней, как температура, давление, состав. формула изобретения параметров прозвучиваемой среды, реперный прямоугольный импульс сравнивают с временным интервалом импульсов, полученных при делении частоты синхрониэирующих импульсов, и вырабатывают сигнал ошибки, которым изменяют частоту синхронизирующих импульсов и период следования рабочих и реперных ультразвуковых импульсов, причем отношение этого периода к длительности реперного прямоугольного импульса оставляют постоянным.

2. Устройство для осуществления способа по и. 1, содержащее последовательно соединенные синхронизатор, делитель частоты, генератор зондирующих ультразвуковых импульсов и излучатель акустического датчика, приемник которого соединен с ускпителем, и измерительный триггер, соединенный с индикатором, о т л и ч а ю щ е— е с я тем, что оно снабжено установленным на датчике реперные отражателем, схемой разделения реперного и измерительного сигналов, триггером реперного интервала, схемой сравнения временных интервалов и схемой сигнала ошибки, при этом усилитель соединен с синхронизатором через последовательно соединенные схему разделения реперного и измерительного сигналов, триг"

rep реперного интервала, схему сравнения временных интервалов и схему сигнала ошибки, вход делителя частоты соединен со вторыми входами схемы pasделения реперного и измерительного сигналов, триггера рвперного интервала, измерительного триггера и схемы сравнения временных интервалов, а второй выход схемы разделения реперного к измерительного сигналов соединен с первым входом измерительного триггера.

3. Устрсйство по п. 2, о т л ич а ю щ е е с я твм, что .реперный отражатель виполнен с плоской отражакщей поверхностью.

Источники информации, принятые во внимание прк экспертизе

1. Ультразвуковые методы контроля.

М., ИИИИПИ, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

В 556342, кл. G 01 F 1/66, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР

Р 340900, кл. 6 01 F 1/66, 1968.

765659

Тирам 801 Подписное

ВНИИПИ Государотвенного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, и — 35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6493/39

Филиал ППП "Патент", r. Уигород, ул. Проектная, 4

Составитель В. Пирогов

:Редактор Т. Иванова: Техред Ц. Граб Корректор М. Демчик