FI71839B

FI71839B - VAETSKENIVAOKAENSELORGAN

Info

Publication number: FI71839B
Application number: FI803487A
Authority: FI
Inventors: Stuart Beaumont Palmer; Gregory Jude Primavesi
Original assignee: Bestobell Uk Ltd
Priority date: 1980-11-07
Filing date: 1980-11-07
Publication date: 1986-10-31
Also published as: FI803487L; FI71839C

Description

71 83971 839

Nesteenpinnan tason tuntoelinLiquid level sensor

Keksinnön kohteena on nestepinnan tason tuntoelin, joka käsittää mittapään, joka on valmistettu ultraääni-5 signaaleja johtavasta aineesta ja joka tuntoelin on sovitettu asetettavaksi nestesäiliöön, jolloin mittapään ulkopinta on säiliön sisätilassa paljaana; lähettävän anturin ja vastaanottavan anturin, jotka on kytketty mittapäähän niin, että voidaan lähettää ultraäänisignaali lähettävästä 10 anturista vastaanottavaan anturiin pitkin mittapään läpi kulkevaa kulkureittiä; välineet lähettävän anturin virroit-tamiseksi; ja detektorivälineet, jotka on kytketty vastaanottavaan anturiin niin, että erotetaan toisistaan vastaanotetun signaalin se taso, mikä vastaa kehäseinämän rajoit-15 tumista nesteeseen ja vastaanotetun signaalin se taso, mikä vastaa kehäseinämän rajoittumista kaasuun ja niin että aikaansaadaan tätä vastaava sähköinen ulostulo.The invention relates to a liquid level sensor comprising a measuring head made of a material conducting ultrasonic signals, which sensor is adapted to be placed in a liquid container, the outer surface of the probe being exposed inside the container; a transmitting sensor and a receiving sensor connected to the probe so that an ultrasonic signal can be transmitted from the transmitting sensor 10 to the receiving sensor along a path passing through the probe; means for energizing the transmitting sensor; and detector means coupled to the receiving sensor so as to distinguish between the level of the received signal corresponding to the confinement of the circumferential wall with the liquid and the level of the received signal corresponding to the confinement of the circumferential wall with the gas and providing a corresponding electrical output.

Historiallisesti on tällaiset anturit valmistettu kellukkeen käyttämän kytkimen muotoon, mutta tällaisiin 20 sisältyy liikkuvia osia, jotka ovat alttiina kitkalle ja kulumiselle. Viime aikoina on käytetty myös ultraääniantureita. Näihin sisältyy tyypillisessä tapauksessa ultraääni-merkin siirtäminen tietyn raon yli, jolloin tämä merkki siirretään lähetinanturista raon yli vastaanotinta kohden 25 ja merkki vastaanotetaan anturiin kun raossa on nestettä, mutta ei vastaanoteta, mikäli raossa on ilmaa. Yleisesti ottaen merkitsee elektroniikan, pietsosähköisen osan tai muun anturin tai johtimien pettäminen merkin puuttumista vastaanottavasta anturista, mikä on tällöin vian normaali 30 esiintymistapa ja tämä esittää näennäisesti kuivaa eli ilman nestettä olevaa tilaa. Tietyissä sovellutuksissa on edullista, että pettämistilanne vastaa samaa tilannetta kuin mikäli raossa olisi läsnä nestettä. Esim. pinnankor-keuden ylähälyttimiä varten astioissa ja höyrykattiloissa 35 on edullista saada vikatilanne vastaamaan hälytystilannetta. Tämä on erityisen tarpeellista ylätason hälyttimille kemiallisissa säiliöissä aluksilla.Historically, such sensors have been manufactured in the form of a clutch operated by a float, but such 20 include moving parts that are subject to friction and wear. Recently, ultrasonic sensors have also been used. These typically involve transmitting an ultrasonic signal across a particular slot, with this signal being transmitted from the transmitter sensor across the slot toward the receiver 25 and the signal being received at the sensor when there is liquid in the slot but not when there is air in the slot. In general, failure of electronics, a piezoelectric component, or other sensor or wires indicates the absence of a signal from the receiving sensor, which is then the normal occurrence of the fault, and this represents a seemingly dry, i.e., liquid-free, state. In certain applications, it is preferred that the failure situation corresponds to the same situation as if liquid were present in the gap. For example, for upper level alarms in vessels and steam boilers 35, it is advantageous to bring the fault situation into line with the alarm situation. This is especially necessary for upper level alarms in chemical tanks on ships.

2 718392 71839

On jo aikaisemmin ehdotettu siirtää ultraäänen poi-kittaisvärähdyksen aaltoja nestettä kuljettavan putken seinämässä, jotta täten siirrettäisiin osa tästä merkistä nesteeseen ja aikaansaataisiin heijastunut merkki Doppler-5 ilmiön seurauksena liikkuvasta nesteestä ja täten saataisiin mitta-arvo virtausnopeudesta putkea pitkin. Tällainen tuntoelin on esitetty GB-patenttijulkaisussa 873 538, mutta tässä tapauksessa soestin on sauva, joka ulottuu kokonaan säiliön yläosasta alaosaan, jolloin anturit on kytketty 10 yksi sauvan kumpaankin päähän. Tämä on kömpelö, tilaavievä ja epäkäytännöllinen rakenne.It has previously been proposed to transmit ultrasonic transverse vibration waves in the wall of a liquid-carrying tube in order to transfer part of this mark to the liquid and provide a reflected signal from the moving liquid as a result of the Doppler-5 effect and thus a measure of flow rate along the tube. Such a sensor is disclosed in GB 873 538, but in this case the sensor is a rod extending completely from the top to the bottom of the container, the sensors being connected 10 one to each end of the rod. This is a clumsy, bulky and impractical structure.

Toisenlaisella tuntoelimellä, joka on esitetty US-patenttijulkaisussa 2 713 263, on putkimainen koestin, joka upotetaan säiliön sisältämään nesteeseen siten, että neste 15 nousee ylös koestimen sisällä. Puristava paineaalto välitetään alas pitkin koestinta anturista, joka on asennettu koestimen yläosan ympärille säiliön ulkopuolelle, jolloin aalto heijastuu nestepinnasta takaisin anturiin, jolloin nestetaso määritetään kulkuajan perusteella. Tämä toimii 20 kuitenkin eri periaatteella kuin esillä oleva tuntoelin ja siitä ei ole mitään apua GB-patenttijulkaisun 873 538 mukaisen tuntoelimen parantamisessa.Another type of sensor, disclosed in U.S. Patent No. 2,713,263, has a tubular probe that is immersed in the liquid contained in the container so that the liquid 15 rises within the probe. The compression pressure wave is transmitted down the tester from a sensor mounted around the top of the tester outside the container, whereby the wave is reflected from the liquid surface back to the sensor, whereby the liquid level is determined based on the travel time. However, this operates on a different principle from the present sensor and is of no help in improving the sensor according to GB 873,538.

Keksinnön mukainen tuntoelin on tunnettu siitä, että mittapää on ontto ja sillä on putkimainen kehäseinämä, jos-25 sa mittapäässä anturit on erotettu säiliön sisustasta, ja että anturit on kytketty kehäseinämän sisäpinnalle kulmittain välimatkan päässä toisistaan oleviin kohdiin niin, että signaalitie kulkee seinämän ympäri.The sensor according to the invention is characterized in that the probe is hollow and has a tubular circumferential wall, at which probe the sensors are separated from the interior of the container, and that the sensors are connected to the inner surface of the circumferential wall at angularly spaced points so that the signal path passes around the wall.

Tämä keksintö perustuu sen asian huomaamiseen, että 30 kiinteän aineen ja nesteen rajapinnassa esiintyy ultraääni-impedanssin hajasovitus näissä kahdessa väliaineessa. Mikäli kiinteässä aineessa on tällaisella rajapinnalla läsnä ultraäänen aalto siirtyy jonkin verran ultraäänienergiaa nesteeseen. Kiinteän aineen ja kaasun rajapinnalla on ult-35 raääni-impedanssien eroavaisuus kahdessa väliaineessa paljon suurempi kuin mitä se on kiinteän aineen ja nesteen 3 71839 rajapinnalla. Virtuaalisesti ei mitään energiaa siirry rajapinnan läpi ilmaan tai muuhun kaasuun. Keksinnön mukaisella rakenteella saadaan täten alhainen merkin taso vastaanottavaan anturiin osoittamaan nesteen läsnäoloa koes-5 timen ulkopuolella ja saadaan korkeahko merkki nesteen puuttuessa, niin että vikatilanteessa, missä normaalisti vastaanotettu merkki puuttuu, tämä anturi ilmaisee näennäisesti nesteen läsnäoloa. Tämä on haluttu toimintatapa ylätason hälyttimille. Voidaan käyttää tavanomaisen raken-10 teen elektroniikkaosia havaitsemaan erotus merkeissä, jotka vastaanotetaan, kun koestimen seinämä on ilmassa ja upoksissa nesteessä ja kun tämä erotus on riittävän suuri ollakseen suurempi kuin mikä tahansa muu ilmiö, mikä aiheutuu elektronisten komponenttien ominaisuuksien, lämpötilan ja 15 anturin vanhentumisen aiheuttamasta ryöminnästä. Tämä systeemi on myös vian tapauksessa oleellisesti turvallinen mitä tulee mihin tahansa ryömintään tai jäännösmäärään koestimen ulkopuolisella seinällä ja myös mitä tulee epäjatkuvuuksiin nesteessä.The present invention is based on the discovery that there is a scattering of ultrasonic impedance at the solid-liquid interface in the two media. If an ultrasonic wave is present in a solid at such an interface, some ultrasonic energy is transferred to the liquid. At the solid-gas interface, the difference in ultrasonic sound impedances in the two media is much greater than that at the solid-liquid interface 3 71839. Virtually no energy passes through the interface into the air or any other gas. The structure of the invention thus provides a low level of signal to the receiving sensor to indicate the presence of liquid outside the tester and a higher signal in the absence of liquid, so that in a fault situation where the normally received signal is missing, this sensor ostensibly indicates the presence of liquid. This is the desired mode for upper level alarms. The electronic components of a conventional structure can be used to detect a difference in the signals received when the tester wall is in air and immersed in a liquid and when this difference is large enough to be greater than any other phenomenon caused by electronic components, temperature and sensor obsolescence. the drift. This system is also substantially safe in the event of a fault with respect to any creep or residue on the wall outside the tester and also with regard to discontinuities in the fluid.

20 Ultraäänimerkki suunnataan lähettävästä anturista laitteen säteen suunnassa sisemmän pinnan läpi kehäseinä-mästä ja sitä siirretään kehän ympäri tässä seinämässä. Merkin etenemisen tarkka tapa ei ole täysin selvää, mutta nykyisin uskotaan, että se tapahtuu levyaallon eli Lamb-25 aallon muodossa, mikä vastaa pinta-aaltoja sekä sisemmän että ulomman pinnan ympäri tässä seinämässä. Levyaaltoihin voidaan ajatella sisältyvän sekä pitkittäissuuntaisia että poikittaissuuntaisen aallon komponentteja ja teorian mukaisesti muuntuu kumpikin näistä muodoista osittain toisekseen 30 rajapinnalta tapahtuvassa heijastumisessa. Etenemisteorian monimutkaisuudesta huolimatta voidaan kehäseinämän havaita tehollisesti toimivan aaltojohtimena, mistä ultraääniener-giaa joutuu hukkaan sellaisessa määrin, mikä riippuu väliaineesta, mikä on kosketuksissa seinämän ulomman pinnan 35 kanssa. Puhtaasti havainnollistavana esityksenä on kuitenkin helppoa kuvitella ultraäänimerkki siirrettävänä seinämän ympäri pitkin poimuttelevaa kulkurataa, mihin sisältyy 71839 4 lukuisia sisäisiä heijastuksia säteen suunnassa sisemmästä ja ulommasta pinnasta seinämässä.The ultrasonic signal is directed from the transmitting sensor radially through the inner surface of the device from the circumferential wall wall and is moved around the circumference in this wall. The exact mode of propagation of the mark is not entirely clear, but it is now believed that it occurs in the form of a plate wave, or Lamb-25 wave, which corresponds to surface waves around both the inner and outer surfaces in this wall. The plate waves can be thought of as including both longitudinal and transverse wave components, and according to the theory, each of these shapes is partially transformed into each other by reflection from the interface. Despite the complexity of the propagation theory, the circumferential wall can be seen to act effectively as a waveguide, from which ultrasonic energy is wasted to an extent dependent on the medium in contact with the outer surface 35 of the wall. However, as a purely illustrative representation, it is easy to imagine an ultrasonic signal moving around a wall along a corrugated path, which includes 71839 4 numerous internal reflections radially from the inner and outer surfaces in the wall.

Ainakin lähettävä anturi on edullisimmin P-aallon anturi, se tahtoo sanoa sellainen, mikä lähettää ensisi-5 jaisesti pitkittäissuuntaisia aaltoja.At least the transmitting sensor is most preferably a P-wave sensor, it wants to say one that primarily transmits longitudinal waves.

Keksinnön mukainen koestimen putkimainen rakenne on erityisen edullinen. Täten koestin on itsestään toimeentuleva yksikkö, mikä on umpinainen ja voidaan ripustaa esim. säiliön yläpinnasta niin, että sillä aikaansaadaan suljetit) tu, puhdas ja tukeva kotelo antureille ja niiden sisääntulo johtimille , mitkä normaalisti kulkevat suljetussa putkessa ulos tämän säiliön yläseinämän läpi tähän liittyvään elektroniseen laitteistoon. Ultraäänimerkin siirtyminen koestimen kehänseinämän ympäri mahdollistaa suhteellisen 15 pitkän siirtotien pienehkössä rakenteessa, niin että koestin vaatii suhteellisen vähän tilaa säiliön sisältä. Täten lähettävä ja vastaanottava anturi saattavat olla sijoitettu kulmittain siten, että kulkureitti ulottuu 180° tai enemmän kehän suunnassa tämän koestimen kehänsuuntaisen 20 seinämän ympäri lähettävästä anturista vastaanottavaan anturiin. Molemmat anturit voivat olla suljettuna yhteiseen suojakappaleeseen valmistettuna esim. epoksihartsista ja liimattuna kehäseinämän sisemmälle pinnalle. Tämä saattaa maksimiinsa yksittäisen siirtotien pituuden lähettävästä 25 anturista vastaanottavaan anturiin. Vaihtoehtoisesti voidaan kuitenkin lähettävä ja vastaanottava anturi asentaa toisistaan erikseen, lävistäjän suunnassa vastakkaisiin kohtiin kehäseinämän sisemmälle pinnalle, niin että aikaansaadaan kaksi samankaltaista siirtotietä erilaisiin suun-30 tiin tämän seinämän ympäri lähettävästä anturista vastaanottavaan anturiin. Seinämän koko kehänpituutta käytetään täten hyväksi merkin siirtämiseen, mikä täten aikaansaa suuremman herkkyyden merkin vaimentumiselle.The tubular structure of the tester according to the invention is particularly advantageous. Thus, the probe is a self-sustaining unit which is closed and can be suspended e.g. from the top surface of the container so as to provide a sealed, clean and sturdy housing for sensors and their inlet conductors which normally pass in a closed tube through the top wall of this container. . The movement of the ultrasonic signal around the circumferential wall of the probe allows a relatively long transmission path in a smaller structure, so that the probe requires relatively little space inside the container. Thus, the transmitting and receiving sensors may be angled so that the travel path extends 180 ° or more circumferentially around the circumferential wall 20 of this probe from the transmitting sensor to the receiving sensor. Both sensors can be enclosed in a common protective piece made of e.g. epoxy resin and glued to the inner surface of the circumferential wall. This maximizes the length of a single transmission path from the transmitting 25 sensors to the receiving sensors. Alternatively, however, the transmitting and receiving sensors may be mounted separately, at opposite points in the diagonal direction on the inner surface of the circumferential wall, so as to provide two similar transmission paths in different directions around this wall from the transmitting sensor to the receiving sensor. The entire circumferential length of the wall is thus utilized to move the mark, thus providing a greater sensitivity to the attenuation of the mark.

Lähettävä ja vastaanottava anturi ovat edullisimmin 35 molemmat pietsosähköisiä kiteitä ja ne saattavat olla toinen toisiinsa nähden keskenään identtisiä. Kun merkkiä tulee siirtää pitkin yhtä ainoata tietä määrättyyn suun- 5 71839 taan kehän seinämän ympäri liimataan molemmat anturit edullisimmin kehäseinämän sisäpinnalle sellaisiin suhteellisiin asentoihin toisiinsa nähden, että ne lähettävät ultraäänimerkin edullisimmin kehäseinämään pitkin 5 tiettyä kulkureittiä ja vastaanottavat ultraäänimerkin, mikä lähestyy pitkin vastaavaa kulkureittiä. Toisin sanoen anturit asennetaan siten, että niiden merkin lähettämisen ja vastaanottamisen akseli sijaitsee viistossa tämän kehäseinämän sisäpinnan normaalin suhteen tasossa, 10 mikä on kohtisuorassa putkimaisen kehäseinämän akselille. Ainakin lähettävä anturi on edullisimmin suunnattu siten, että ultraäänimerkki lähtee anturista kulmassa, mikä on väliltä 2 - 15°, edullisimmin oleellisesti 5° kulmassa säteen suunnassa sisennän seinämäpinnan vieressä olevan 15 osan normaalin suhteen mitattuna. Parhaat tulokset näytetään saavuttavan kun kehäseinämä on valmistettu ruostumattomasta teräksestä, minkä paksuus on alueelta 1,5-7,5 mm ja lähettävä anturi aikaansaa ultraäänimerkin taajuudella 0,5-5 MHz. Kehäseinämä saataa tällöin ulkopuoliselta 20 halkaisijamitaltaan olla niinkin pieni kuin väliltä 2-10 cm. Tämä järjestely takaa, että ei esiinny liian harvoja heijastuskohtien solmuja, jotta voitaisiin aikaansaada tyydyttävä merkin vaimentuminen, eikä myöskään esiinny niin montaa heijastuksen solmukohtaa, että vas-25 taanottavan anturin vastaanottama merkki omaisi liian alhaisen merkin ja kohinan välisen suhteen.The transmitting and receiving sensors are most preferably both piezoelectric crystals and may be identical to each other. When the mark is to be moved along a single path in a certain direction around the circumferential wall, both sensors are most preferably glued to the inner surface of the circumferential wall at relative positions relative to each other so as to emit That is, the sensors are mounted so that the axis of transmitting and receiving their signal is inclined in a plane with respect to the normal of the inner surface of this circumferential wall, which is perpendicular to the axis of the tubular circumferential wall. At least the transmitting sensor is most preferably oriented so that the ultrasonic signal emits from the sensor at an angle of between 2 and 15 °, most preferably substantially at an angle of 5 ° to the normal of the portion 15 adjacent to the input wall surface. The best results appear to be obtained when the circumferential wall is made of stainless steel with a thickness in the range of 1.5-7.5 mm and the transmitting sensor produces an ultrasonic signal at a frequency of 0.5-5 MHz. The circumferential wall may then have as small an outer diameter of 20 as between 2-10 cm. This arrangement ensures that there are not too few nodes of reflection points to provide satisfactory signal attenuation, nor are there so many reflection nodes that the signal received by the receiving sensor has too low a signal-to-noise ratio.

Ultraäänimerkki saattaa olla jatkuva tai pulssimainen merkki. Vastaanottava ja lähettävä anturi saattavat olla kytketty toisiinsa takaisinkytkentäsilmukalla, mihin 30 sisältyy vahvistin tämän taatessa lähettävän anturin itsevirittymisen tilanteessa, jolloin neste puuttuu.The ultrasound signal may be a continuous or pulsed signal. The receiving and transmitting sensors may be connected to each other by a feedback loop, which includes an amplifier to ensure self-tuning of the transmitting sensor in the absence of liquid.

Eräs esimerkki anturista valmistettuna tämän keksinnön mukaisesti on haviannollistettuna kaavamaisesti oheisissa piirustuksissa.An example of a sensor made in accordance with the present invention is schematically illustrated in the accompanying drawings.

6 718396 71839

Kuvio 1 on pystysuora leikkaus otettuna pitkin viivaa I-I kuviossa 2.Figure 1 is a vertical section taken along line I-I in Figure 2.

Kuvio 2 on leikkaus pitkin viivaa II-II kuviossa 1.Figure 2 is a section along the line II-II in Figure 1.

Kuvio 3 on leikkaus otettuna pitkin viivaa III-III 5 kuviossa 1.Figure 3 is a section taken along line III-III 5 in Figure 1.

Kuviot 4 ja 5 esittävät vaihtoehtoisia, tähän liit-viä sähköisiä piirikaavioita.Figures 4 and 5 show alternative electrical circuit diagrams relating thereto.

Koestinanturi sisältää painetiiviin, ruostumatonta terästä olevan kotelon r missä on putkimainen kehäseinä-10 mä 6 paksuudeltaan noin 5 nm, pohjaseinämä 7 ja yläseinä-mä 8, mikä on muodostettu yhtenä kappaleena tai hitsattu kiinni ruuvikierteitettyyn nippaan 9. Koestin on tarkoitettu tiivistettäväksi kiinni tai ripustettavaksi nes-tesäiliön yläseinämästä esim. kiertämällä nippa 9 kiinni 15 vastaavasti ruuvikierteitettyyn reikään, mikä kulkee säiliön yläseinämän läpi tai kiertämällä nippa 9 kiinni ripus-tusputken alapäähän, mikä itsessään on tiivistetty kiinni ja kulkee läpi säiliön yläseinämästä tai hitsaamalla nippa säiliön yläseinämään tai ripustinputkeen. Johdinlan-20 gat 10 kulkevat sitten säiliön yläseinämän ja nipan 9 läpi kotelon sisätilaan, mikä on täysin eristettynä säiliön nestettä sisältävästä sisustasta.The test sensor comprises a pressure-tight, stainless steel housing r with a tubular circumferential wall-10 6 about 5 nm thick, a bottom wall 7 and a top wall 8 formed in one piece or welded to a screw-threaded nipple 9. The tester is intended to be sealed or suspended from from the upper wall of the container, e.g. The conductor wire-20 gat 10 then passes through the top wall of the container and the nipple 9 into the interior of the housing, which is completely isolated from the liquid-containing interior of the container.

Kotelon sisällä on johtimet 10 kytketty anturiraken-nelmaan, mihin kuuluu epoksihartsikappale, mikä on lii -25 mattu samantapaisella aineella kehäseinämän 6 sisäpinnalle ja mihin on upotettuna lähettävä ja vastaanottava piet-sosähköinen anturi 12 ja vastaavasti 13.Inside the housing, conductors 10 are connected to a sensor structure comprising an epoxy resin body coated with a similar material on the inner surface of the circumferential wall 6 and embedded with a transmitting and receiving Piet electroelectric sensor 12 and 13, respectively.

Kuten on erityisesti esitettynä kuviossa 3 ovat antureiden akselit viistossa kehäseinämän 6 sisäpinnan 30 normaalin suhteen. Tästä seurauksena kun lähettävä anturi 12 saa virtaa se aikaansaa ultraäänimerkin edullisimmin vain toiseen suuntaan kehäseinämän 6 ympäri tämän merkin seuratessa merkittyä poimuttelevaa reittiä 14 lukuisine sisäisine heijastumineen tämän seinämän sisemmässä ja 35 ulommassa pinnassa. Kulmalähetettävän anturin akselin, toisin sanoen se suunta, mihin merkki aluksi lähetetään, 7 71839 ja sisemmän seinämän normaalin välillä on likimäärin 5°. Vastaanottava anturi 13 on vastaavalla tavoin suunnattu vastaanottamaan edullisimmin merkki lähettämisen jälkeen kehäseinämän 6 kehänpituuden suuremman osuuden 5 ympäri saapuneena. Kuviossa 3 esitetty heijastusten lukumäärä ja erityisesti kuviossa 2 esitetty määrä on oleellisesti pienempi kuin mitä käytännössä esiintyy. Kuten on esitetty kuviossa 2 siirtyy osa akustisesta energiasta 15 pois seinämän 6 ulomman pinnan läpi ympäröivään 10 nesteeseen ]6 kun koestin on upoksissa nesteessä. Kun kuitenkin nesteen taso säiliössä laskee koestimen alapuolelle niin että koestimen kehäseinämä antureiden 12 ja 13 korkeudella on paljaana kaasussa heijastuu merkki lähes kokonaisuudessaan sisäisesti kehäseinämän ulkopin-15 noilta ja esiintyy vain minimimäärä akustisen energian häviöitä.As shown in particular in Fig. 3, the axes of the sensors are inclined with respect to the normal of the inner surface 30 of the circumferential wall 6. As a result, when the transmitting sensor 12 is energized, it preferably provides an ultrasonic signal only in the other direction around the circumferential wall 6, this signal following the marked corrugated path 14 with numerous internal reflections on the inner and outer surfaces of this wall. The angle between the axis of the angled sensor, i.e. the direction in which the signal is initially transmitted, is 7 71839 and the normal of the inner wall is approximately 5 °. The receiving sensor 13 is similarly directed to receive the signal most preferably after transmission around a larger portion 5 of the circumferential length of the circumferential wall 6. The number of reflections shown in Fig. 3, and in particular the amount shown in Fig. 2, is substantially smaller than what occurs in practice. As shown in Figure 2, some of the acoustic energy 15 is transferred through the outer surface of the wall 6 to the surrounding liquid 10 when the probe is submerged in the liquid. However, when the liquid level in the tank drops below the tester so that the circumferential wall of the tester at the height of the sensors 12 and 13 is exposed in the gas, a signal is reflected almost entirely internally from the outer surfaces of the circumferential wall 15 and only a minimal amount of acoustic energy losses occur.

Merkki estetään oikosulkeutumasta ylemmän ja alemman seinämän 8 ja 7 kautta käyttämällä kahta rengasmaista uraa 26 kehäseinämän 6 säteensuunnassa sisemmällä pinnal-20 la. Nämä urat pienentävät seinämän paksuuden näiltä alueilta tasolle noin 1 mm.The mark is prevented from short-circuiting through the upper and lower walls 8 and 7 by using two annular grooves 26 in the radial direction of the circumferential wall 6 on the inner surface-20a. These grooves reduce the wall thickness from these areas to a level of about 1 mm.

Kuten on esitettynä kuviossa 3 on epoksihartsin kappale 11 jonkin verran U-muotoinen niin että aikaansaadaan syvennys 17 sen säteettäisesti ulompana olevalle 25 pinnalle tämän auttaessa kahden anturin 12 ja 13 eristämistä toinen toisistaan.As shown in Figure 3, the body of epoxy resin 11 is somewhat U-shaped so as to provide a recess 17 on its radially outer surface 25, thereby helping to isolate the two sensors 12 and 13 from each other.

Kuvio 4 esittää erästä koestimeen liittyvän säätöpiirin muotoa. Tässä tapauksessa on vastaanottava anturi 13 kytketty lähettävään anturiin 12 takaisin kytkentäsil-30 mukan 18 välityksellä, mihin sisältyy johtimet 10 sekä myös vahvistuskertoimeltaan säädettävä vahvistin 19. Vahvistimen vahvistuskerroin asetetaan siten, että kun koestin on kaasussa, on ultraäänimerkin 14 vaimennus pieni, niin että vastaanottavan anturin 13 sähköisen mer-35 kin ulostulo on riittävä virroittamaan lähettävän anturin 12, jolloin piiri on itsensä virittävä. Vastaavasti kun koestin on nesteessä upoksisa on ultraäänimerkin 14 s 71839 vaimennus niin suuri, että vastaanottavasta anturista 13 lähtevä sähkömerkki on riittämätön ylläpitämään piirin värähtelyä. Värähtelyn läsnäolo tai puuttuminen piiristä havaitaan ilmaisimella 20, mikä aikaansaa kytketyn ulos-5 tulon 21.Figure 4 shows a form of control circuit associated with the tester. In this case, the receiving sensor 13 is connected back to the transmitting sensor 12 via a switching loop 18, which includes conductors 10 and also an amplifier 19 with adjustable gain. The gain of the amplifier is set so that when the probe is in gas, the attenuation of the ultrasonic signal 14 is low. The output of the electrical marker 13 is sufficient to energize the transmitting sensor 12, whereby the circuit is self-tuning. Correspondingly, when the probe is immersed in the liquid, the attenuation of the ultrasonic signal 14 s 71839 is so great that the electrical signal from the receiving sensor 13 is insufficient to maintain the oscillation of the circuit. The presence or absence of oscillation in the circuit is detected by the detector 20, which provides a switched-off-5 input 21.

Kuvio 5 esittää vaihtoehtoista säätöpiiriä ilman takaisinkytkennän silmukkaa. Tässä tapauksessa lähettävä anturi 12 virroitetaan syöttölähteestä 22, mikä saattaa olla jatkuva tai pulssimainen syöttölähde, niin että 10 ultraäänimerkki, mikä kulkureittiä pitkin lähetetään on vastaavasti jatkuva tai pulssimainen.Ulostulo vastaanottavasta anturista 13 syötetään vahvistuskertoimeltaan säädettävän vahvistimen 23 kautta ilmaisimeen 24, mikä havaitsee sähkömerkin tason ja eroittelee sen tason, mikä vas-15 taa merkin 14 vaimentamista kun koestin on upoksissa nesteessä ja sen vastaavan vaimennuksen välillä merkille 14, kun koestin on kaasussa. Ilmaisin 24 aikaansaa tällöin kytketyn ulostulon 25 osoittamaan nesteen läsnäoloa tai puuttumista koestimen fesolla.Figure 5 shows an alternative control circuit without a feedback loop. In this case, the transmitting sensor 12 is energized from a supply source 22, which may be a continuous or pulsed supply source, so that the ultrasonic signal transmitted along the path is continuous or pulsed, respectively. The output of the receiving sensor 13 is fed via a gain-adjustable amplifier 23 to the detector 24. distinguishes the level corresponding to the attenuation of the mark 14 when the probe is submerged in the liquid and its corresponding attenuation to the mark 14 when the probe is in the gas. The detector 24 then provides a coupled outlet 25 to indicate the presence or absence of liquid on the probe fesol.

Claims

A liquid level sensor comprising a probe made of a conductive material for ultrasonic signals and adapted to be placed in a liquid container, the outer surface of the probe being exposed inside the container; a transmitting sensor (12) and a receiving sensor (13) connected to the measuring head so that an ultrasonic signal can be transmitted from the transmitting sensor to the receiving sensor along a path (14) passing through the measuring head; means (19, 22) for energizing the transmitting sensor; and detector means (20, 24) coupled to the receiving sensor so as to separate the level of the received signal corresponding to the perimeter wall confinement to the liquid and the level of the received signal corresponding to the perimeter wall confinement to the gas and providing a corresponding electrical output (21). , 25), characterized in that the measuring head is hollow and has a tubular circumferential wall (6), 20 in which the sensors (12, 13) are separated from the interior of the container, and that the sensors (12, 13) are connected to the inner surface of the circumferential wall (6) at an angle at spaced points so that the signal path passes around the wall (6).

Sensor according to Claim 1, characterized in that the circumferential wall (6) is made of stainless steel, that the wall thickness is between 1.5 and 7.5 mm and that the transmitting sensor (12) produces an ultrasonic signal with a frequency of between 0.5 and - 5 30 MHz.

Sensor according to Claim 1 or 2, characterized in that the outer diameter of the circumferential wall (6) is between 2 and 10 cm.

Sensor 35 according to one of the preceding claims, characterized in that the circumferential wall (6) is provided with annular grooves (26) which reduce the wall thickness on both sides of the signal path when viewed in the axial direction of the device.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting (12) and the receiving sensor (13) are piezoelectric crystal sensors, and in that at least the transmitting piezoelectric sensor is a P-wave sensor.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting (12) and receiving sensor (13) are mounted on the inner surface of the circumferential wall 10 (6) in orientation positions relative to one another so as to transmit an ultrasonic signal to the circumferential wall (6) most preferably along a path and most preferably receive an ultrasonic signal approaching accordingly along the desired path.

Sensor according to Claim 6, characterized in that the transmitting sensor (12) is directed and connected to the circumferential wall (6) so that the ultrasonic signal emanates from the sensor at an angle between 2 and 15 ° to the normal point adjacent to the inner wall surface.

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the transmitting (12) and receiving sensor (13) are arranged at an angle to each other and that the path extends circumferentially over 180 ° around the circumferential wall (6) from the transmitting sensor (12) to the receiving sensor (13). ).

Sensor according to Claim 8, characterized in that the transmitting (12) and receiving sensor (13) are embedded in a common body (11) of epoxy resin.

9 71839

Sensor according to one of the preceding claims, characterized in that the current means (19, 22) and the level separating means (20, 24) are adapted to provide an outlet representing the presence or absence of liquid contact 35 on the outer surface of the circumferential wall (6) and provide a feedback loop (18) connecting the receiving (13) and transmitting sensors (12), and that the feedback loop (18) includes an amplifier (19) adapted to ensure that the transmitting sensor (12) is energized when the liquid is not not around the probe. i2 71 839