Вибрационный уровнемер жидкости

 

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 25. 02. 80 (21) 2914960/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 15.04.82. Бюллетень М14 (51)М. Кл.

G 01 F 23Л8

3Ьеудеретееииы11 кемитет

CCCP вв делам изабретеиие и открытии (53) УДК 681..128.083.2 (088.8) Дата опубликования описания 1 8, 04, 82

С.И. Емец, В.А. Резвицкий, Ю.К. Тарененко, В.Д, Шалынин и И.Г. Ханин (72) Авторы изобретения

1 ( (7!) Заявитель (54) ВИБРАЦИОННЫЙ УРОВНЕМЕР ЖИДКОСТИ упругом элементе, систему возбуждения и съема колебаний резонатора, усилитель (2>.

Недостатком датчика является низ" кая чувствительность измерения уровня в узком диапазоне, вследствие малой величины девиации частоты.

Цель изобретения - повышение чувствительности измерения в узком диапазоне изменения уровня, 1е

Поставленная цель достигается тем, что вибрационный уровнемер жидкости, содержащий резонатор, сообщающийся с основной емкостью систему возбужде" ния и съема колебаний резонатора, 3j включающую возбудитель и приемник колебаний,которые соединены с усилителем, и измерительный прибор, снабжен узлом изменения присоединенной

20 массы выполненным в виде пропорциоЭ нального преобразователя перемещения, шток которого выполнен в виде одинарного камертона, концы ветвей которого размещены внутри ветвей реИзобретение относится к устройствам для измерения уровня жидкостей находящихся под атмосферным давлением, и может найти применение для измерения уровня рабочей жидкости при функциональных испытаниях гидроприводов в машиностроительной промышлен ности, Известен вибрационный уровнемвр жидкости, содержащий датчик выполненный в виде сдвоенного трубчатого камертона сообщающегося с основной емкостью и снабженного системой возбуждения и съема колебаний 113.

Недостатком датчика является существенная нелинейность частотного выходного сигнала, а также погрешность связанная с температурным из" менением модуля упругости материала резонатора.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является частотный датчик уррвня содержащий резонатор, закрепленный на

О П И С А Н И И ()920390

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

92039

20 3 зонатора, причем пропорциональный преобразователь соединен цепью обратной связи, выполненной в виде последовательно соединенных усилителя . мощности, дискретно-аналогового преобразователя, подключенного к измерительному прибору низкочастотного

Фильтра и смесителя частот подключенного к генератору опорной частоты, с усилителем, 1О

На чертеже представлена схема вибрационного уровнемера жидкости.

Уровнемер содержит основную емкость 1, уровень в которой измеряют, резонатор 2, сообщающийся с основной 15 емкостью, одинарный камертой 3. GMcтему возбуждения и съема колебаний резонатора, содержащую .возбудителЬ

4 колебаний и приемник 5 колебаний, усилитель 6, опорный генератор 7, смеситель 8 частот. низкочастотный фильтр 9, дискретно-. аналоговый преобразователь 10,.усилитель 11 мощности, узел изменения присоединенной массы, выполненный в виде пропорционального преобразователя 12 перемещения, измерительный прибор 13, шток пропорционального преобразователя перемещения выполнен в виде одинарного камертона, концы ветвей которого 30

14 и 15 размещены внутри ветвей резонатора, и направляющие штока 16.

Основная емкость 4, сообщается с помощью трубопровода с резонатором 2, выполненным в виде одинарного труб- з5, чатого камертона, причем основанием камертона может служить участок соединительного трубопровода.

Такое выполнение резонатора позволяет повысить добротность колеба- 4о тельной системы, так как амплитуда колебаний основания камертона минимальна, что уменьшает диссипацию энергии колебаний.

Узел изменения присоединенной мас- сы включает сплошной камертон 3, ветви которого установлены коаксиальйо в ветвях трубчатого резонатора 2, причем концы ветвей 14 и 15 выполнены в форме конусов, Основание камертона 3 установлено в направляющих 16 и является частью штока 17 пропорционального преобразователя 12 перемещений. Электромагнитная система 4 возбуждения колебаний резонатора включена на выход усилителя 6. автогенератора, на вход которого включена электромагнитная система 5 съема

0 4 колебаний резонатора 2, Выход усилителя 6 подключен на один вход, смесителя 8 частот, на второй вход которого подключен выход опорного генератора 7. Выход смесителя 8. подключен на вход фильтра 9, выход которого подключен на .вход дискретно-аналогового преобразователя 10, выход которого подключен на вход усилителя 11 мощности. Выход усилителя 11 мощности подключен на вход пропорционального преобразователя 12 перемещения и. на измерительный прибор 13, В качестве пропорционального преобразователя 12 перемещения, можно использовать, например, электромеханический преобразователь.

Материал для трубчатого камертона 2 - сплав 36НХТЮ (ЭИ-T91). В качестве смесителя 8 частот, можно ис- . пользовать, например, балансный модулятор, усилитель 6, НЧ усилитель, собранный по схеме с автоматической регулировкой усиления для обеспечения устойчивого режима автоколебаний.

Дискретно-аналоговый преобразователь

10, например, стандартный конденсаторный частотомер. Фильтр 9 низких частот и усилитель 11 мощности, могут быть собраны по типовым схемам, или применены серийные выпускаемые прибо"ры. Ветви одинарного трубчатого камертона 2 обладают переменной по длине чувствительностью к массе жидкости. Максимальная чувствительность трубчатого камертона достигается в точке ветви, в которой можно сосредоточить распределенную массу, при этом частота колебаний останется равной частоте системы с распределенной массой.

Точка приведения распределенной массы ветви камертона с измеряемой жидкостью находится на расстоянии

Z = 0,768 ат основания. В этой точке устанавливаются ветви 14 и 15 камертона 3, масса ветвей 14 и 15, расположенных в точке 2, = 0,76 Ь(= Ь), максимально сказывается на частоте, если разность внутреннего диаметра ветвей камертона 2 и ветвей камертона 3 меньше учетверенной амплитуды колебаний ветвей камертона 2. Это условие общеизвестно и применительно к проявлению свойств малой сжимаемости жидкости в вибрирующих зазорах.

Устройство работает следующим о6разом. (10) ветСигнал с пропорционального преобразователя 12 линейно зависит от измеобщая ряемого уровня и может быть подан не(6) посредственно на управляющий механизм.

45 енПредлагаемое изобретение выгодно отличается от известного, так как позволяет повысить чувствительность измерения в узком диапазоне измене ® ния уровня и при этом используется компенсационная схема, которая позволяет снизить требования по точности к прямому каналу в (Ьраз, где .ркоэффициент передачи обратной связи.

Кроме того, устройство позволяет получить аналоговый выходной сигнал, который можно непосредственно подать на исполнительный механизм.

5 9203

Жидкость иэ емкости 1 заполняет ветви камертона 2, до того же уровня, что и в емкости. Начальный импульс от приемника 5 колебаний поступает на вход усилителя 6, с выхода которого подается на возбудитель 4 колебаний. Таким образом в цепи усилителя 6 возникают незатухающие автоколебания с частотой, связанной с уровнем жидкости в ветвях. Так как 10 наконечники 14 и 15 касаются жидкости, то последняя действует на них с усилием, определяемым из соотношений х4з > >(®t + тО) 1 (1) 15 х = х4мсоз(ЖЙ+Ч4 );. (2) м = 2 =ух ;. (3) х

Р и й((4

2 11Ь 1. э1п е (5) 20

3 соз А где f< - поверхность конуса при погружении его на уровень в жидкость 2$ дР - потеря давления на поверхности конуса при обтекании его жидкостью;

2 - угол при вершине конуса, - коэффициент гидродинами- 36 ческого сопротивления;

tv - круговая частота колебаний резонатора;

t - время; (, - начальная фаза; Зз

F> - сила, действующая со стороны жидкости на ветви камертона 3; х - перемещение жидкости вмеСте. с ветвями камертона 2 с:ам-. 40 плитудой ха.

Так как жидкость действует на ви камертона 3 с усилием Р,, со им ускорение х = -x М ы п(мй + Ч4) то масса жйдкости возрастает на личину, так называемой присоедин ной массы, равной

Если ввести обозначение: () 2 Т х sl Ackcos+(cvt+Y4) 1 (g) получим mä = A(t)h

Чтобы определить как связано изменение присоединенной массы с часто90 6 той колебаний ветвей, продеффервнцируем выражение для резонансной частоты камертона где К - жесткость камертона — (»)

Иэ (11) видно, что с увеличением растет и девиация частоты b fp так как да = де(Н)+ am<>(h)„(12) где 1 в(Н) - увеличение массы в резонаторе при изменении уровня Н;

:gm>>(h) - изменение присоединенной массы резонатора за счет введения или выведения камертона 3.

Частота колебаний с усилителя 6 поступает в смеситель 8 на другой вход которого подается частота от опорного генератора 7, соответствующая определенному уровню Н4. Если уровень отклоняется от Н, то на выходе смесителя 8 появляется сигнал, который после выделения низкочастотной составляющей в фильтре 9 преобразуется в дискретно-аналоговом преобразователе в ток или напряжение, который после усиления в усилителе » мощности с помощью пропорционального йреобразователя 12 перемещает камертон 3 до тех пор пока не выполнится равенство

Ье Ьв(Н) - am„>(h) = 0; (13)

bf — у — - 0.

6m ЖК

Ца 5Г (14) 7 формула изобретения

920390

Вибрационный уровнемер жидкости, содержащий резонатор, сообщающийся с основной емкостью, систему возбуждения и съема колебаний резонатора, включающую возбудитель и приемник колебаний, которые соединены с усилителем, и измерительный прибор, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, уровнемер снабжен узлом изменения присоединенной массы, выполненным в виде пропорционального преобразова" теля перемещения, шток которого вы- 1з полнен в виде одинарного камертона, концы ветвей которого размещены внутри ветвей резонатора, причем проВНИИПИ Заказ 2317/39

Тираж 671 Подписное филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,4 порциональный преобразователь перемещения соединен цепью обратной связи, выполненной в виде последова« тельно соединенных усилителя мощности, дискретно-аналогового преобраэо вателя, подключенного к измерительному прибору, нИзкочастотного фильтра и смесителя частот, подключенного к генератору опорной частоты, с усилителем.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I. Авторское свидетельство СССР

И 648833, кл. G 01 F 23/28, 1978.

2. Новицкий П.В. и др. Цифровые приборы с частотнйми датчиками. Л., "Энергия", 1970, с, 114 (прототип).