PL161545B1 - Urzadzenie do bezkontaktowego pomiaru poziomu cieczy w zbiorniku PL - Google Patents

Abstract

trów fal akustycznych, z czujnikami i zródlami fal akustycznych oraz odpowiednimi miernikami, zawiera- jace umiejscowiona wedlug trajektorii swobodnych po- w ierz c h n i cieczy ru re p om iarow a o sred n ic y kilkakrotnie mniejszej od dlugosci, zamocowana na stale w zbiorniku, której dolny koniec znajduje sie na wysokosci minimalnego poziomu cieczy, a górny koniec znajduje sie nad maksymalnym poziomem cieczy, zna- m ienne tym, ze posiada w z o r c o w a rure rezonansowa (17) o okreslonej dlugosci 1 srednicy, umieszczona na stale obok rury pomiarowej (12) w zbiorniku cieczy (13), a dolny koniec rury rezonansowej wzorcowej (17) znaj- duje sie nad poziomem cieczy 1 jest zasklepiony, nato- m iast górny koniec wzorcowej rury rezonansowej (17) zaopatrzony jest w przetwornik piezoelektryczny wzor- cowy (15), oraz mikrofon wzorcowy (14), który polaczo- ny jest z wejsciem wzmacniacza napiecia wejsciowego wzorcowego (8). którego wyjscie dolaczone Jest do pier- wszego wejscia ukladu detekcji amplitudy napiecia (5) zaopatrzonego w wyjscie polaczone z wejsciem przetwor- nika analogowo-cyfrowego (2), którego wyjscie dolaczo- ne j e s t d o s y s te m u m ik ro p ro ceso ro w eg o (3) polaczonego z wejsciem programowanego dzielnika cze- stotliwosci (1), którego pierwsze wyjscie dolaczone jest do drugiego wejscia ukladu detekcji amplitudy napiecia (3), a drugie wyjscie dolaczone jest do wejscia ukladu generatora czestotliwosci (4) posiadajacego wyjscie po- laczone Jednoczesnie z wejsciem wzmacniacza napiecia wyjsciowego wzorcowego (6) oraz z wejsciem wzmacnia- cza napiecia wyjsciowego pomiarowego (7 )... (72) Twórcy wynalazku: Zdzislaw Wirkus, Gdansk, PL Andrzej Plotka, Gdansk, PL Maciej Dzieciol, Gdynia, PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do bezkontaktowego pomiaru poziomu cieczy w zbiorniku dowolnego przeznaczenia.

Znane i stosowane dotychczas urządzenia do pomiaru poziomu cieczy w zbiornikach wykonane są jako czujniki pojemnościowe, mierzące pojemność elektryczną będącą funkcją poziomu cieczy, lub urządzenia dokonujące pomiaru poprzez wyznaczanie zmiany parametrów podłużnych, akustycznych fal stojących. Znane z opisu patentu tymczasowego nr 101 131 urządzenie do pomiaru poziomu cieczy wyposażone jest w czujnik drgań elektroakustycznych i/lub pneumatyczno-elektrycznych, oraz źródła drgań aerofonicznych i/lub elektroakustycznych. Posiada dwustronnie otwartą i wyprofilowaną rurę pomiarową o średnicy kilkakrotnie mniejszej od długości, zamocowaną na stałe w zbiorniku. Oś symetrii rury pomiarowej pokrywa się z trajektorią swobodnych powierzchni cieczy, jej dolny koniec znajduje się na wysokości minimalnego poziomu cieczy, a górny koniec znajduje się nad maksymalnym poziomem cieczy.

Wadą urządzenia wykorzystującego pomiar pojemności elektrycznej jest nieznajomość wartości współczynnika przenikalności dielektrycznej mierzonej cieczy. Każdorazowo należy określić ten współczynnik, co komplikuje pomiar poziomu cieczy. W urządzeniu z opisu patentu tymczasowego nr 101 131 niedokładność przeprowadzonych pomiarów jest spowodowana brakiem pomiaru prędkości rozchodzenia się dźwięku w środowisku nad cieczą.

161 545

Celem wynalazku jest urządzenie zapewniające ciągły, bezkontaktowy, o dużej dokładności pomiar poziomu cieczy w zbiornikach dowolnego przeznaczenia.

Urządzenie według wynalazku posiada wzorcową rurę rezonansową o określonej długości i średnicy, umieszczoną obok rury pomiarowej, na stałe w zbiorniku cieczy. Dolny koniec wzorcowej rury rezonansowej znajduje się nad poziomem cieczy i jest zasklepiony. Górny koniec wzorcowej rury rezonansowej zaopatrzony jest w przetwornik piezoelektryczny wzorcowy, oraz mikrofon wzorcowy, który połączony jest z wejściem wzmacniacza napięcia wejściowego wzorcowego, którego wyjście dołączone jest do pierwszego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia. Wyjście układu detekcji amplitudy napięcia połączone jest z wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego, którego wyjście dołączone jest do systemu mikroprocesorowego połączonego z wejściem programowanego dzielnika częstotliwości. Pierwsze wyjście programowanego dzielnika częstotliwości dołączone jest do drugiego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia, a drugie wyjście dołączone jest do wejścia układu generowania częstotliwości. Wyjście układu generowania częstotliwości połączone jestjednocześnie z wejściem wzmacniacza napięcia wyjściowego wzorcowego, oraz z wejściem wzmacniacza napięcia wyjściowego pomiarowego. Wyjście wzmacniacza napięcia wyjściowego wzorcowego połączone jest z przetwornikiem piezoelektrycznym wzorcowym, a wyjście wzmacniacza napięcia wyjściowego pomiarowego dołączone jest do przetwornika piezoelektrycznego pomiarowego, który usytuowany jest w górnym końcu rury pomiarowej, zaopatrzonej w mikrofon pomiarowy, który połączony jest z wejściem wzmacniacza napięcia wejściowego pomiarowego, którego wyjście dołączone jest do pierwszego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia.

Urządzenie według wynalazku jest prostym urządzeniem pomiarowym zapewniającym ciągły pomiar poziomu cieczy w zbiorniku. Brak elementów ruchomych zapewnia dużą trwałość i niezawodność urządzenia. Urządzenie zapewnia dużą dokładność pomiarów dzięki wprowadzeniu wzorcowej rury rezonansowej, której znana długość pozwala wyznaczyć prędkość rozchodzenia się fal akustycznych w zależności od zmieniających się parametrów ośrodka nad cieczą, to jest temperatury i wilgotności. Urządzenie wyposażone jest w system mikroprocesorowy, który dokonuje wielokrotnych pomiarów, pozwalając dodatkowo zmniejszyć błąd pomiarowy. System mikroprocesorowy pozwala na reagowanie alarmem na graniczne wartości poziomów cieczy, zapamiętywanie wyników pomiarów, przesyłanie ich na odległość.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładowym wykonaniu na rysunku, który przedstawia schemat blokowy urządzenia.

Rura pomiarowa 12 zamocowana jest na stałe w zbiorniku cieczy 13. Średnica rury pomiarowej 12 jest kilkakrotnie mniejsza od długości. Dolny koniec rury pomiarowej 12 znajduje się na wysokości minimalnego poziomu cieczy, a górny koniec znajduje się nad maksymalnym poziomem cieczy. Obok rury pomiarowej 12 znajduje się wzorcowa rura rezonansowa 17 o określonej długości i średnicy. Wzorcowa rura rezonansowa 17 jest zamocowana na stałe w zbiorniku cieczy 13. Dolny koniec wzorcowej rury rezonansowej 17 znajduje się nad poziomem cieczy i jest zasklepiony. Górny koniec wzorcowej rury rezonansowej 17 zaopatrzony jest w przetwornik piezoelektryczny wzorcowy 15, oraz mikrofon wzorcowy 14, który połączony jest z wejściem wzmacniacza napięcia wejściowego wzorcowego 8. Wyjście wzmacniacza napięcia wejściowego wzorcowego 8 dołączone jest do pierwszego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia 5 zaopatrzonego w wyjście połączone z wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego 2, którego wyjście dołączone jest do systemu mikroprocesorowego 3 połączonego z wejściem programowanego dzielnika częstotliwości 1. Pierwsze wyjście programowanego dzielnika częstotliwości 1 dołączone jest do drugiego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia 5, a drugie wyjście dołączone jest do wejścia układu generowania częstotliwości 4. Układ generowania częstotliwości 4 posiada wyjście połączone jednocześnie z wejściem wzmacniacza napięcia wyjściowego wzorcowego 6, oraz z wejściem wzmacniacza napięcia wyjściowego pomiarowego 7. Wyjście wzmacniacza napięcia wyjściowego wzorcowego 6 połączone jest z przetwornikiem piezoelektrycznym wzorcowym 15, a wyjście wzmacniacza napięcia wyjściowego pomiarowego 7 dołączone jest do przetwornika piezoelektrycznego pomiarowego 10, który usytuowany jest w górnym końcu rury pomiarowej 12, gdzie również umieszczony jest mikrofon pomiarowy 11. Mikrofon pomiarowy 11 połączony jest z wejściem wzmacniacza napięcia wejściowego pomiarowego 9, którego wyjście dołączone jest do pierwszego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia 5. Elementy nadawczo - odbiorcze znajdują się w obudowie 16.

Wzorcowa rura rezonansowa posiada znaną długość, rura pomiarowa 12 odzwierciedla poziom cieczy. Pomiar prędkości rozchodzenia się dźwięku oraz wysokości słupa cieczy oparty jest o zjawisko zdudniania się fal akustycznych po napotkaniu przeszkody. Dla uzyskania większej dokładności dokonuje się wielokrotnych pomiarów tych długości fal, dla których następuje zdudnienie fali akustycznej.

System mikroprocesorowy 3 generuje falę akustyczną przez programowany dzielni częstotliwości 1, oraz układ generatora częstotliwości 4. Sygnał jest następnie wzmacniamy w układzie wzmacniacza napięcia wyjściowego 7. Podobny sposób generowania czętt—tiwości ma miejsce w przypadku wzorcowej rury rezonansowej 17. Napięcie wytworzone na wyjściu mikrofonu pomiarowego 11, służące do oceny czy nastąpiło zdudnienie, jest wzmacniane we wzmacniaczu napięcia pomiarowego 9, detektowane przez układ detekcji amplitudy 5, a następnie przetwarzane w przetworniku andogowo-ccyfowym 2. System mikroprocesorowy 3 zapamiętuje wynik pomiaru i porównuje z poprzednimi pomiarami. Po serii pomiarów następuje wyliczenie długości słupa powietrza w rurze pomiarowej 12 z uwzględnieniem aktualnego pomiaru prędkości rozchodzenia się fal akustycznych. Uzyskana dokładność wyników jest rzędu 0,05%.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

Cena 10 000 zł

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Urządzenie do bezkontaktowego pomiaru poziomu cieczy w zbiorniku poprzez pomiar zmiany parametrów fal akustycznych, z czujnikami i źródłami fal akustycznych oraz odpowiednimi miernikami, zawierające umiejscowioną według trajektorii swobodnych powierzchni cieczy rurę pomiarową o średnicy kilkakrotnie mniejszej od długości, zamocowaną na stałe w zbiorniku, której dolny koniec znajduje się na wysokości minimalnego poziomu cieczy, a górny koniec znajduje się nad maksymalnym poziomem cieczy, znamienne tym, że posiada wzorcową rurę rezonansową (17) o określonej długości i średnicy, umieszczoną na stałe obok rury pomiarowej (12) w zbiorniku cieczy (13), a dolny koniec rury rezonansowej wzorcowej (17) znajduje się nad poziomem cieczy i jest zasklepiony, natomiast górny koniec wzorcowej rury rezonansowej (17) zaopatrzony jest w przetwornik piezoelektryczny wzorcowy (15), oraz mikrofon wzorcowy (14), który połączony jest z wejściem wzmacniacza napięcia wejściowego wzorcowego (8), którego wyjście dołączone jest do pierwszego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia (5) zaopatrzonego w wyjście połączone z wejściem przetwornika analogowo-cyfrowego (2), którego wyjście dołączone jest do systemu mikroprocesorowego (3) połączonego z wejściem programowanego dzielnika częstotliwości (1), którego pierwsze wyjście dołączone jest do drugiego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia (5), a drugie wyjście dołączone jest do wejścia układu generatora częstotliwości (4) posiadającego wyjście połączone jednocześnie z wejściem wzmacniacza napięcia wyjściowego wzorcowego (6) oraz z wejściem wzmacniacza napięcia wyjściowego pomiarowego (7), przy czym wyjście wzmacniacza napięcia wyjściowego wzorcowego (6) połączone jest z przetwornikiem piezoelektrycznym wzorcowym (15), a wyjście wzmacniacza napięcia wyjściowego pomiarowego (7) dołączone jest do przetwornika piezoelektrycznego pomiarowego (10), który usytuowany jest w górnym końcu rury pomiarowej (12) zaopatrzonej w mikrofon pomiarowy (11), który połączony jest z wejściem wzmacniacza napięcia wejściowego pomiarowego (9), którego wyjście dołączone jest do pierwszego wejścia układu detekcji amplitudy napięcia (5).