RU150031U1

RU150031U1 - MAGNETOSTRICTIONAL LEVEL METER WITH TEMPERATURE CIRCUIT

Info

Publication number: RU150031U1
Application number: RU2014136639/28U
Authority: RU
Inventors: Артем Михайлович Бойко; Анатолий Ильич Демко; Борис Александрович Петров; Сергей Анатольевич Радомский
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2015-01-27

Abstract

1. Магнитострикционный уровнемер, характеризующийся тем, что он включает чувствительный элемент с помещенными в магнитопроницаемую трубку звукопроводом из магнитострикционного материала и температурным шлейфом с термодатчиками, автономный модуль сенсоров с катушкой возбуждения звукопровода и кольцевым магнитом с радиально ориентированным магнитным полем, находящийся на известном расстоянии от днища ёмкости, пьезоприемник, блок вычисления интервалов времени прохождения ультразвуковых колебаний от поверхности (границы раздела фракций) жидкости до днища ёмкости и уровня, по крайней мере, один поплавок, размещенный вокруг трубки с возможностью перемещения вдоль нее, причем в поплавках размещены автономные модули сенсоров с катушками возбуждения звукопровода и кольцевыми магнитами с радиально ориентированным магнитным полем.2. Магнитострикционный уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что вертикальный температурный шлейф с термодатчиками присоединен к блоку вычисления интервалов времени и уровня и выполнен отдельно от звукопровода.3. Магнитострикционный уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что вертикальный температурный шлейф с термодатчиками прикреплен к поплавку и присоединен к автономному модулю сенсоров.4. Магнитострикционный уровнемер по п. 1, отличающийся тем, что спиральный температурный шлейф с термодатчиками сверху прикреплен к поплавку, а снизу - к якорю и присоединен к автономному модулю сенсоров.1. Magnetostrictive level gauge, characterized in that it includes a sensitive element with a sound guide made of magnetostrictive material placed in a magnetically permeable tube and a temperature loop with temperature sensors, an autonomous sensor module with a sound guide excitation coil and an annular magnet with a radially oriented magnetic field located at a known distance from the bottom capacities, piezoelectric receiver, unit for calculating the time intervals of passage of ultrasonic vibrations from the surface (interface tions) of the liquid container to the bottom level and at least one float arranged around the tube to be movable therealong, wherein the floats are placed in stand-alone modules sensors with acoustic conductor field coils and ring magnets with radially oriented magnetic polem.2. The magnetostrictive level gauge according to claim 1, characterized in that the vertical temperature loop with temperature sensors is connected to the unit for calculating time and level intervals and is made separately from the sound duct. 3. The magnetostrictive level gauge according to claim 1, characterized in that the vertical temperature loop with temperature sensors is attached to the float and attached to an autonomous sensor module. 4. The magnetostrictive level gauge according to claim 1, characterized in that the spiral temperature loop with temperature sensors is attached to the float from above and attached to the anchor from the bottom and attached to an autonomous sensor module.

Description

Заявленное техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкости преимущественно в резервуарах.The claimed technical solution relates to measuring equipment and can be used to measure the liquid level mainly in tanks.

Известно устройство для измерения уровня жидкости, использующее для своей работы ультразвуковые волны. Устройство содержит уровнемерную трубку, специальный звукопровод в виде металлического сердечника, на котором расположена первичная обмотка линейного трансформатора, электроакустический преобразователь, нагруженный на звукопровод, а также поплавок, охватывающий уровнемерную трубку. В блок вторичной электронной аппаратуры входит импульсный генератор, формирователь импульсов отраженных сигналов, логический блок и другие элементы, содержание которых зависит от схемы измерения временного интервала [Бабиков О.И. Ультразвуковые приборы контроля. - Л.: Машиностроение, Ленинградское отделение, 1985, с. 117. А.с. СССР №620828, кл. G01F 23/28, опубл. 1978].A device for measuring the level of a liquid using ultrasonic waves for its operation is known. The device comprises a level gauge tube, a special sound duct in the form of a metal core, on which the primary winding of a linear transformer is located, an electro-acoustic transducer loaded on the sound duct, and also a float covering the level gauge tube. The block of secondary electronic equipment includes a pulse generator, a pulse shaper of reflected signals, a logic block and other elements, the content of which depends on the measurement scheme of the time interval [O. Babikov Ultrasonic monitoring devices. - L .: Engineering, Leningrad Branch, 1985, p. 117. A.S. USSR No. 620828, cl. G01F 23/28, publ. 1978].

Недостатками данного устройства измерения уровня жидкости являются невысокая точность при измерении больших уровней, появление дополнительной погрешности при изменении температуры жидкости и внешней среды, невозможность измерения больше одного уровня, что актуально для жидкостей, состоящих из фракций.The disadvantages of this device for measuring the liquid level are the low accuracy when measuring large levels, the appearance of additional errors when the temperature of the liquid and the environment, the inability to measure more than one level, which is important for liquids consisting of fractions.

Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий прямолинейный магнитострикционный звукопровод, сигнальный электроакустический преобразователь, поплавковый элемент с поляризатором, волновой отражатель, усилитель записи, усилитель считывания, блок кодирования и вычислений. Блок кодирования и вычислений подключен к звукопроводу через усилитель записи. Другой выход блока кодирования и вычислений подключен через усилитель считывания к выводам сигнального электроакустического преобразователя. Сигнальный электроакустический преобразователь закреплен на опорном расстоянии от конца звукопровод а и подсоединен к выводам усилителя считывания. На другом конце звукопровода жестко закреплен волновой отражатель. Между сигнальным электроакустическим преобразователем и волновым отражателем помещен поплавковый элемент с поляризатором [Патент РФ №2213940, кл. G01F 23/28, G01F 23/30, опубл. 2002].A known ultrasonic level gauge containing a rectilinear magnetostrictive sound pipe, signal electro-acoustic transducer, a float element with a polarizer, a wave reflector, a recording amplifier, a reading amplifier, a coding and computing unit. The coding and computing unit is connected to the sound pipe through a recording amplifier. The other output of the coding and computing unit is connected through a read amplifier to the terminals of the signal electro-acoustic transducer. The signal electro-acoustic transducer is fixed at a reference distance from the end of the sound duct a and is connected to the terminals of the reading amplifier. At the other end of the sound duct, a wave reflector is rigidly fixed. A float element with a polarizer is placed between the signal electro-acoustic transducer and the wave reflector [RF Patent No. 2213940, cl. G01F 23/28, G01F 23/30, publ. 2002].

Недостатками данного устройства являются большие питающие напряжения, необходимые для формирования ультразвуковой волны электроакустическим преобразователем (особенно при большой длине звукопровода, что затрудняет обеспечение искробезопасности), появление дополнительной погрешности при изменении температуры жидкости и внешней среды, невозможность измерения нескольких уровней, что актуально для жидкостей, состоящих из фракций.The disadvantages of this device are the large supply voltages necessary for the formation of an ultrasonic wave by an electro-acoustic transducer (especially with a large length of the sound duct, which makes it difficult to ensure intrinsic safety), the appearance of an additional error when the temperature of the liquid and the environment change, and the inability to measure several levels, which is important for liquids consisting from fractions.

Известен поплавковый уровнемер, содержащий электропроводный звукопровод, блок обработки, поплавок, установленный на звукопроводе с возможностью перемещения вдоль него, и проводящий элемент. Кроме того, уровнемер содержит генератор переменного тока, акустический преобразователь, соединенный с верхним концом звукопровода, дискриминатор-формирователь, промежуточный трансформатор, а поплавок содержит генератор электрических импульсов, выпрямитель, расположенные концентрично с отверстием поплавка, тороидальный трансформатор и катушку возбуждения, подключенную к генератору электрических импульсов [Патент РФ №2463566, кл. G01F 23/28, опубл. 2006].Known float level gauge containing conductive sound pipe, processing unit, a float mounted on the sound pipe with the ability to move along it, and a conductive element. In addition, the level gauge contains an alternating current generator, an acoustic transducer connected to the upper end of the sound duct, a discriminator-shaper, an intermediate transformer, and the float contains an electric pulse generator, a rectifier located concentrically with the hole of the float, a toroidal transformer and an excitation coil connected to an electric generator pulses [RF Patent No. 2463566, cl. G01F 23/28, publ. 2006].

Недостатками данного уровнемера являются невозможность измерения нескольких уровней, что актуально для жидкостей, состоящих из фракций, появление дополнительной погрешности при изменении температуры жидкости и внешней среды.The disadvantages of this level gauge are the inability to measure several levels, which is important for liquids consisting of fractions, the appearance of an additional error when the temperature of the liquid and the environment changes.

Из известных технических решений наиболее близким по назначению и технической сущности к заявляемому является магнитострикционный уровнемер, содержащий чувствительный элемент с помещенным в магнитопроницаемую трубку звукопроводом из магнитострикционного материала, автономный измерительный модуль, находящийся на известном расстоянии от днища емкости, пьезоприемник, блок вычисления интервала времени прохождения ультразвуковых колебаний от поверхности (границы раздела фракций) жидкости до днища емкости, по крайней мере, один поплавок, причем в поплавках размещены активные автономные модули, измеряющие температуру и давление жидкости в точке расположения, с измерительными схемами под управлением микропроцессоров, катушками возбуждения звукопровода и магнитными блоками из n постоянных магнитов (кольцевые магниты с радиально ориентированными магнитными полями), где n=1, 2…i, размещенными вокруг трубки с возможностью перемещения вдоль нее, а также дополнительно содержит «якорь Радомского», представляющий собой стойку с утяжеленным основанием, тремя остроконусными опорами и герметичным объемом в верхней части для размещения автономного модуля. Кроме этого уровнемер содержит автономный источник питания, цифровую схема хранения результатов измерения, радиомодем и антенну [Патент РФ на полезную модель №134317, кл. G01F 23/28, опубл. 10.11.2013].Of the known technical solutions, the closest in purpose and technical essence to the claimed one is a magnetostrictive level gauge containing a sensitive element with a sound duct made of magnetostrictive material placed in a magnetically permeable tube, an autonomous measuring module located at a known distance from the bottom of the tank, a piezoelectric receiver, and an ultrasonic transit time interval calculation unit fluctuations from the surface (interface of fractions) of the liquid to the bottom of the tank, at least one float ok, and in the floats there are active autonomous modules that measure the temperature and pressure of the liquid at the point of location, with measurement circuits controlled by microprocessors, sound pipe excitation coils and magnetic blocks of n permanent magnets (ring magnets with radially oriented magnetic fields), where n = 1 , 2 ... i, placed around the tube with the possibility of moving along it, and also additionally contains a "Radomsky anchor", which is a rack with a heavier base, three sharp-con proof operation and a pressurized volume in the upper part for placing a standalone module. In addition, the level gauge contains an autonomous power source, a digital circuit for storing measurement results, a radio modem and an antenna [RF Patent for Utility Model No. 134317, cl. G01F 23/28, publ. 11/10/2013].

Недостатком этого магнитострикционного уровнемера являются появление дополнительной погрешности при изменении температуры жидкости и внешней среды.The disadvantage of this magnetostrictive level gauge is the appearance of an additional error when the temperature of the liquid and the environment change.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в создании магнитострикционного уровнемера, имеющего расширенный рабочий диапазон температуры жидкости и внешней среды за счет учета температуры жидкости.The problem to which the claimed technical solution is directed is to create a magnetostrictive level gauge having an extended operating range of the temperature of the liquid and the environment by taking into account the temperature of the liquid.

Поставленная задача достигается за счет того, что магнитострикционный уровнемер содержит радиомодем с антенной, блок определения интервала времени и уровня, автономный источник питания, пьезоприемник, звукопровод, вертикальный температурный шлейф, подключенный к блоку определения интервала времени и уровня, и, по крайней мере, один поплавок, причем в поплавках размещены автономные модули сенсоров, измеряющие параметры жидкости (например температуру и давление), с катушками возбуждения звукопровода и магнитными блоками с радиально ориентированным магнитным полем, «якорь Радомского» (внешней конструкции, опирающуюся через конические стойки на дно резервуара), содержащий в верхней части автономный модуль сенсоров.The task is achieved due to the fact that the magnetostrictive level gauge contains a radio modem with an antenna, a unit for determining the time and level interval, an autonomous power source, a piezo receiver, a sound pipe, a vertical temperature loop connected to the unit for determining the time and level interval, and at least one a float, and in the floats there are autonomous sensor modules measuring liquid parameters (for example temperature and pressure), with excitation coils of the sound duct and magnetic blocks with radially orient ntirovannym magnetic field "anchor Radom" (outer structure, based on reception by the conical bottom of the tank) containing the top of the stand-alone sensor module.

Кроме того, согласно заявляемому техническому решению, вертикальный температурный шлейф, размещенный отдельно от звукопровода, соединен с блоком определения интервала времени и уровня.In addition, according to the claimed technical solution, a vertical temperature loop, located separately from the sound duct, is connected to the unit for determining the time interval and level.

Кроме того, согласно заявляемому техническому решению, вертикальный температурный шлейф закреплен на поплавке и соединен с автономным модулем сенсоров.In addition, according to the claimed technical solution, a vertical temperature loop is fixed to the float and connected to an autonomous sensor module.

Кроме того, согласно заявляемому техническому решению, температурный шлейф, имеющий спиральную форму, соединен сверху с автономным модулем сенсоров, размещенным в поплавке, а снизу прикреплен к якорю Радомского.In addition, according to the claimed technical solution, a temperature loop having a spiral shape is connected on top with an autonomous sensor module located in the float, and attached to the Radomsky anchor from below.

Техническим результатом, обеспечиваемым приведенной совокупностью признаков, является расширение диапазона рабочих температур жидкости и внешней среды за счет использования при вычислениях уровня значений температуры, полученных от температурного шлейфа, объективно отражающего температуру жидкости.The technical result provided by the given set of features is to expand the range of operating temperatures of the liquid and the environment due to the use in calculating the level of temperature values obtained from a temperature loop objectively reflecting the temperature of the liquid.

Сущность заявляемого технического решения поясняется графическими материалами:The essence of the proposed technical solution is illustrated by graphic materials:

- на фиг. 1 представлен состав магнитострикционного уровнемера с вариантом вертикального температурного шлейфа вблизи звукопровода;- in FIG. 1 shows the composition of a magnetostrictive level gauge with a variant of a vertical temperature plume near the sound duct;

- на фиг. 2 представлен состав магнитострикционного уровнемера с вариантом отдельного вертикального температурного шлейфа;- in FIG. 2 shows the composition of a magnetostrictive level gauge with a variant of a separate vertical temperature plume;

- на фиг. 3 представлен состав магнитострикционного уровнемера с вариантом вертикального температурного шлейфа, прикрепленного к поплавку;- in FIG. 3 shows the composition of a magnetostrictive level gauge with a variant of a vertical temperature loop attached to a float;

- на фиг. 4 представлен состав магнитострикционного уровнемера с вариантом спирального температурного шлейфа, сверху прикрепленного к поплавку, а снизу прикрепленного к якорю Радомского;- in FIG. 4 shows the composition of a magnetostrictive level gauge with a variant of a spiral temperature loop attached to the float from above and attached to the Radomsky anchor from below;

- на фиг. 5 представлена структурная схема автономного модуля сенсоров;- in FIG. 5 is a structural diagram of an autonomous sensor module;

- на фиг. 6 представлена структурная схема уровнемера.- in FIG. 6 is a structural diagram of a level gauge.

Магнитострикционный уровнемер (фиг. 1) состоит из чувствительного элемента, который в свою очередь содержит пьезоприемник 2, установленный на верхнем торце звукопровода 3 в виде проволоки из магнитострикционного материала, помещенной в магнитопроницаемую оболочку 4 и не зафиксированной в нижней части. Кроме этого в магнитопроницаемой оболочке 4 параллельно звукопроводу 3 размещен вертикальный температурный шлейф 20 с установленными в нем на определенном расстоянии друг от друга термодатчиками 21. На магнитопроницаемой оболочке 4 размещен (размещены) поплавок (поплавки) 6 с возможностью перемещения вдоль нее (а таким образом и вдоль чувствительного элемента), внутри поплавка установлены автономный модуль сенсоров 5 и магнитный блок 7 с радиально ориентированным магнитным полем. Нижняя часть магнитопроницаемой оболочки 4 заканчивается герметизирующим концевым устройством 12, к которому с помощью шпильки 14 прикреплен груз 13. Нижняя часть магнитопроницаемой оболочки 4 с концевым устройством 12 и грузом 13 входит в конструкцию «Якорь Радомского» (стойка 11 с утяжеленным основанием, тремя коническими опорами и зафиксированным в верхней части стойки герметичным объемом 9 с автономным модулем сенсоров 8 и магнитным блоком 10). К выходам пьезоприемника 2 и температурного шлейфа 20 присоединен блок определения интервала времени и уровня 19, к которому, в свою очередь, присоединен радиомодем с антенной 15. Блок определения интервала времени и уровня 19 и радиомодем 15 присоединены к автономному источнику питания 16. Пьезоприемник 2, блок определения интервала времени и уровня 19, радиомодем с антенной 15 и автономный источник питания 16 находятся в цилиндрическом корпусе 1, который при помощи цангового зажима 17, позволяющего первоначально выставить прибор в нужном положении относительно якоря, фиксируется на крышке 18, которая в свою очередь прикреплена к верхней части емкости 22. Поплавок (поплавки) 6 плавает на поверхности жидкости 23 (на границе раздела фракций жидкости).The magnetostrictive level gauge (Fig. 1) consists of a sensitive element, which in turn contains a piezoelectric receiver 2 mounted on the upper end of the sound duct 3 in the form of a wire of magnetostrictive material placed in a magnetically permeable sheath 4 and not fixed in the lower part. In addition, in the magneto-permeable sheath 4, a vertical temperature loop 20 is placed parallel to the sound duct 3 with temperature sensors 21 installed therein at a certain distance from each other. A float (s) 6 is placed (placed) on the magneto-permeable sheath 4 with the possibility of moving along it (and thus along a sensitive element), an autonomous sensor module 5 and a magnetic unit 7 with a radially oriented magnetic field are installed inside the float. The lower part of the magneto-permeable shell 4 ends with a sealing end device 12, to which the load 13 is attached using a pin 14. The lower part of the magneto-permeable shell 4 with the end device 12 and the load 13 is included in the Radomsky anchor structure (stand 11 with a heavier base, three conical supports and a sealed volume 9 fixed in the upper part of the rack with an autonomous sensor module 8 and a magnetic block 10). A unit for determining the time and level 19 interval is connected to the outputs of the piezoelectric receiver 2 and a temperature loop 20, to which, in turn, a radio modem with an antenna 15 is connected. A unit for determining the time and level 19 interval and a radio modem 15 are connected to an autonomous power source 16. The piezoelectric receiver 2, block for determining the time interval and level 19, a radio modem with an antenna 15 and an autonomous power source 16 are located in a cylindrical housing 1, which is using a collet clamp 17, which allows you to initially put the device in position relative to the armature, fixed to the lid 18, which in turn is attached to the top of the container 22. The float (floats) 6 floating on the liquid surface 23 (at the interface between the liquid fractions).

Автономный модуль сенсоров 5 (или 8) состоит (фиг. 5) из датчиков параметров жидкости 24 (например, датчика температуры) и 25 (например, датчика давления), источника питания 26, микропроцессора 27, накопителя энергии 28, схемы формирования импульсов 29 и катушки индуктивности 30, намотанной на гильзе, вокруг которой размещена магнитная система 7 (или 10), в которую пропущена магнитопроницаемая оболочка 4 и звукопровод 3. К микропроцессору может быть присоединен температурный шлейф 20 с термодатчиками 21.The stand-alone sensor module 5 (or 8) consists (Fig. 5) of fluid parameters sensors 24 (for example, a temperature sensor) and 25 (for example, a pressure sensor), a power source 26, a microprocessor 27, an energy storage device 28, a pulse generating circuit 29, and an inductor 30 wound on a sleeve around which a magnetic system 7 (or 10) is placed, into which a magnetically permeable sheath 4 and a sound duct 3 are passed. A temperature loop 20 with temperature sensors 21 can be connected to the microprocessor.

Уровнемер состоит (фиг. 6) из автономных модулей сенсоров 5 и 8, пьезоприемника 2, измерительной схемы 31, микропроцессора 32, батареи 33, стабилизатора напряжения 34 и радиомодема с антенной 35. К микропроцессору может быть присоединен температурный шлейф 20 с термодатчиками 21.The level gauge consists (Fig. 6) of autonomous sensor modules 5 and 8, a piezo receiver 2, a measuring circuit 31, a microprocessor 32, a battery 33, a voltage stabilizer 34, and a radio modem with an antenna 35. A temperature loop 20 with temperature sensors 21 can be connected to the microprocessor.

Заявляемое техническое решение поясняется во взаимодействии между отдельными элементами в процессе работы.The claimed technical solution is illustrated in the interaction between the individual elements in the process.

Автономный модуль сенсоров 5 (и 8) (фиг. 1) для обеспечения высокой энергетической экономичности большую часть времени находится в режиме пониженного энергопотребления (спящем режиме) и только изредка активизируется, формирует кодированную последовательности импульсов (позволяющую осуществлять идентификацию автономных модулей), которая посредством катушки индуктивности, окружающей чувствительный элемент, создает магнитное поле, которое, взаимодействуя с радиальным магнитным полем магнитного блока, вызывает в звукопроводе ультразвуковые колебания, распространяющиеся по звукопроводу вверх и вниз, причем внизу они отражаются от конца звукопровода и возвращаются вверх. Таким образом, на выходе пьезо-приемника от каждого автономного модуля сенсоров появляются по два сигнала, задержанные друг от друга на удвоенное время прохождения ультразвуковых колебаний от данного автономного модуля сенсоров до нижнего конца звукопровода. Однако, поскольку звукопровод закреплен сверху к крышке емкости, то расстояние от нижнего конца звукопровода до днища емкости может изменяться при изменении температуры, вызывающей изменение длины звукопровода, и других факторов, вызывающих деформацию крыши емкости, поэтому глубина погруженной части звукопровода также будет изменяться, а значит и удвоенное время прохождения ультразвуковых колебаний от данного автономного модуля до нижнего конца звукопровода будет изменяться, т.к. возможно изменение длины части звуковода, расположенной ниже магнитной системы автономного модуля. Температуры участков звукопровода, находящихся в воздушной и жидкой среде могут отличаться, что приводит к отличию скорости распространения ультразвука в этих частях.To ensure high energy efficiency, the stand-alone sensor module 5 (and 8) (Fig. 1) is in most of the time in the low power consumption mode (sleep mode) and only occasionally activates, forms a coded pulse sequence (which allows the identification of stand-alone modules), which by means of a coil the inductance surrounding the sensing element creates a magnetic field, which, interacting with the radial magnetic field of the magnetic unit, causes ultrasound in the sound pipe oscillations propagating up and down the sound duct, and below, they are reflected from the end of the sound duct and return up. Thus, at the output of the piezoelectric receiver from each autonomous sensor module, two signals appear, delayed from each other by twice the transit time of ultrasonic vibrations from this autonomous sensor module to the lower end of the sound duct. However, since the sound duct is fixed from above to the container lid, the distance from the lower end of the sound duct to the bottom of the container can change with a change in temperature, which causes a change in the length of the sound pipe, and other factors causing deformation of the roof of the container, so the depth of the immersed part of the sound pipe will also change, which means and the doubled time of passage of ultrasonic vibrations from this autonomous module to the lower end of the sound duct will change, because it is possible to change the length of the part of the sound guide located below the magnetic system of the autonomous module. The temperatures of the duct sections in the air and liquid medium may differ, which leads to a difference in the speed of propagation of ultrasound in these parts.

Вычисление уровня жидкости (уровня границы раздела фракций жидкости) производится (фиг. 2) в соответствии с формулой:The calculation of the liquid level (level of the interface between the liquid fractions) is carried out (Fig. 2) in accordance with the formula:

h=h_n+h₁-h₂+h₃,h = h _n + h ₁ -h ₂ + h ₃ ,

где h - расстояние от поверхности жидкости (уровня границы раздела фракций жидкости) до днища емкости;where h is the distance from the surface of the liquid (the level of the interface of the fractions of the liquid) to the bottom of the tank;

h_n - расстояние от поверхности жидкости до отсчетнои точки измерительного поплавка;h _n is the distance from the surface of the liquid to the reference point of the measuring float;

h₁ - расстояние от отсчетной точки измерительного поплавка до нижнего конца звукопровода;h ₁ - the distance from the reference point of the measuring float to the lower end of the sound duct;

h₂ - расстояние от отсчетной точки измерительной системы якоря Радомского до нижнего конца звукопровода;h ₂ is the distance from the reference point of the measuring system of the Radomsky anchor to the lower end of the sound duct;

h₃ - расстояние от отсчетной точки измерительной системы якоря Радомского до днища емкости.h ₃ - the distance from the reference point of the measuring system of the Radomsky anchor to the bottom of the tank.

Величины h_n и h₃ вводятся в память измерителя при его размещении в резервуаре и калибровке, а h₁ и h₂ вычисляются, исходя из измеренных значении временных интервалов Δt_h1 и Δt_h2:The values of h _n and h ₃ are entered into the memory of the meter when it is placed in the tank and calibrated, and h ₁ and h ₂ are calculated based on the measured values of the time intervals Δt _h1 and Δt _h2 :

,

Δt_h1=t_h1отр-t_h1пр,Δt _h1 = t _h1otr -t _h1pr ,

Δt_h2=t_h2отр-t_h2пр,Δt _h2 = t _h2otr -t _h2pr ,

где t_h1пр - время прохождения ультразвука от отсчетной точки измерительного поплавка до верхнего конца звукопровода;where t _h1pr is the ultrasound transit time from the reference point of the measuring float to the upper end of the sound duct;

t_h1отр - суммарное время прохождения ультразвука от отсчетной точкиt _h1otr - total transit time of the ultrasound from the reference point

измерительного поплавка до нижнего конца звукопровода, и от нижнего конца звукопровода до верхнего конца звукопровода;measuring float to the lower end of the sound duct, and from the lower end of the sound duct to the upper end of the sound duct;

t_h1пр - время прохождения ультразвука от отсчетной точки измерительной системы якоря Радомского до верхнего конца звукопровода;t _h1pr is the ultrasound transit time from the reference point of the measuring system of the Radomsky anchor to the upper end of the sound duct;

t_h2отр - суммарное время прохождения ультразвука от отсчетной точки измерительной системы якоря Радомского до нижнего конца звукопровода, и от нижнего конца звукопровода до верхнего конца звукопровода;t _h2otr is the total ultrasound transit time from the reference point of the measuring system of the Radomsky anchor to the lower end of the sound duct, and from the lower end of the sound duct to the upper end of the sound duct;

V_зв - скорость распространения ультразвука в части звукопровода, расположенной в жидкости, скорректированная по данным измерений температурного шлейфа.V _sv is the ultrasound propagation velocity in the part of the sound duct located in the liquid, corrected according to the measurements of the temperature plume.

При использовании для коррекции скорости звука данных измерений температурного шлейфа в сравнении с использованием температуры, измеренной в автономном модуле сенсоров, достигается существенное увеличение точности вычисления уровня. При использовании для коррекции скорости звука данных средней температуры от автономных модулей сенсоров (по двум крайним точкам столба жидкости - поверхностей и придонной) не удается добиться высокой точности, поскольку температуры жидкости в этих областях жидкости могут значительно (на несколько градусов) отличаться от температуры основного объема жидкости. Температура в поверхностном слое жидкости зависит от температуры контактирующего с жидкостью газового пространства, состояние которого определяется солнечным нагревом и погодными условиями. Температура в придонном (застойном) слое жидкости в большой степени определяется основанием, на котором смонтирован резервуар (почвой).When using temperature plume measurements for correction of sound speed in comparison with using the temperature measured in a stand-alone sensor module, a significant increase in the accuracy of level calculation is achieved. When using average temperature data for the correction of the speed of sound from independent sensor modules (at the two extreme points of the liquid column - the surfaces and the bottom), it is not possible to achieve high accuracy, since the temperature of the liquid in these areas of the liquid can significantly (several degrees) differ from the temperature of the main volume liquids. The temperature in the surface layer of the liquid depends on the temperature of the gas space in contact with the liquid, the state of which is determined by solar heating and weather conditions. The temperature in the bottom (stagnant) layer of fluid is largely determined by the base on which the reservoir (soil) is mounted.

Конструктивное исполнение уровнемера с вариантом вертикального температурного шлейфа 20 вблизи звукопровода, причем температурный шлейф присоединен к блоку определения интервала времени и уровня 19, приведен на фиг. 1. Число термодатчиков 21 и расстояние между соседними термодатчиками определяется допустимой дискретностью восстановления температуры по высоте резервуара. Благодаря расположению температурного шлейфа и звукопровода в общей магнитопроницаемой оболочке 4 обеспечивается совпадение температуры участков звукопровода и температурных датчиков.The design of the level gauge with the option of a vertical temperature loop 20 near the sound duct, and the temperature loop connected to the unit for determining the time interval and level 19, is shown in FIG. 1. The number of temperature sensors 21 and the distance between adjacent temperature sensors is determined by the permissible resolution of temperature recovery along the height of the tank. Due to the location of the temperature loop and the sound duct in a common magnetically permeable shell 4, the temperature of the sound duct sections and the temperature sensors coincide.

Конструктивное исполнение уровнемера с вариантом отдельного вертикального температурного шлейфа 20, причем температурный шлейф присоединен к блоку определения интервала времени и уровня 19, приведен на фиг. 2. Часть термодатчиков находится в жидкости, а часть в воздушной среде.The design of the level gauge with the option of a separate vertical temperature loop 20, and the temperature loop connected to the unit for determining the time interval and level 19, is shown in FIG. 2. Part of the temperature sensors is in the liquid, and part in the air.

Конструктивное исполнение уровнемера с вариантом вертикального температурного шлейфа 20, прикрепленного к поплавку 6 и присоединенного к автономному модулю сенсоров 5, приведен на фиг. 3. При таком исполнении все термодатчики находятся в жидкости вне зависимости от уровня жидкости.The design of the level gauge with the option of a vertical temperature loop 20 attached to the float 6 and attached to the stand-alone sensor module 5 is shown in FIG. 3. With this design, all temperature sensors are in the liquid, regardless of the liquid level.

Конструктивное исполнение уровнемера с вариантом спирального температурного шлейфа 20, прикрепленного сверху к поплавку 6, а снизу к якорю и присоединенного к автономному модулю сенсоров 5, приведен на фиг. 4. При таком исполнении все термодатчики находятся в жидкости вне зависимости от уровня жидкости, причем при уменьшении уровня жидкости уменьшается расстояние между термодатчиками, что позволяет уменьшить величину шага измерения температуры жидкости по вертикали.The design of the level gauge with the option of a spiral temperature loop 20, attached to the top of the float 6, and from the bottom to the anchor and attached to the stand-alone sensor module 5, is shown in FIG. 4. With this design, all temperature sensors are in the liquid, regardless of the liquid level, and with a decrease in the liquid level, the distance between the temperature sensors decreases, which reduces the step of measuring the liquid temperature vertically.

Подробнее работу магнитострикционного уровнемера можно уяснить, рассмотрев взаимодействие между его отдельными элементами (фиг. 1, 2, 3, 4, 5, 6).The operation of the magnetostrictive level gauge can be understood in more detail by considering the interaction between its individual elements (Figs. 1, 2, 3, 4, 5, 6).

Микропроцессор 27 (фиг. 5) автономного модуля сенсоров большую часть времени находится в режиме пониженного энергопотребления (спящем режиме) и только изредка активизируется, считывает измеренные датчиками 24 и 25 параметры (допустим температуру и давление), выдает команду на накопление энергии накопителю 28 от источника питания 26 и в необходимые моменты дает команду ключу 29, который подключает накопитель энергии к катушке индуктивности 30, формирующей импульсное магнитное поле, в результате взаимодействия которого с радиальным магнитным полем магнитного блока 7 (10) и магнитострикционного эффекта возникают ультразвуковые колебания в звукопроводе 3 (фиг. 1). Ультразвуковые колебания, достигающие пьезоприемника 2 (фиг. 1, фиг. 6), за счет пьезоэлектрического эффекта преобразуются в импульсы напряжения, которые поступают на вход измерительной схемы 31 вычисления интервала времени и уровня прохождения ультразвуковых колебаний от поверхности (границы раздела фракций) жидкости до днища емкости. При вычислении уровня измерительная схема использует скорректированное по данным температурного шлейфа 20 значение скорости ультразвука. Значение уровня с выхода измерительной схемы 31 поступает на микропроцессор 32, а с него на радиомодем с антенной 35.The microprocessor 27 (Fig. 5) of the autonomous sensor module most of the time is in the low power consumption mode (sleep mode) and only occasionally activates, reads the parameters measured by the sensors 24 and 25 (let's say temperature and pressure), issues a command to store energy to the drive 28 from the source power supply 26 and at the necessary moments gives a command to the key 29, which connects the energy storage to the inductor 30, forming a pulsed magnetic field, as a result of the interaction of which with the radial magnetic it magnet unit 7 (10) and a magnetostrictive effect ultrasonic vibrations occur in the acoustic line 3 (FIG. 1). Ultrasonic vibrations reaching the piezoelectric receiver 2 (Fig. 1, Fig. 6), due to the piezoelectric effect, are converted into voltage pulses that are input to the measuring circuit 31 for calculating the time interval and the level of passage of ultrasonic vibrations from the surface (interface of fractions) of the liquid to the bottom capacities. When calculating the level, the measuring circuit uses the value of the ultrasound speed adjusted according to the temperature loop 20. The level value from the output of the measuring circuit 31 is supplied to the microprocessor 32, and from it to the radio modem with antenna 35.

Техническим результатом, обеспечиваемым данным изобретением, является расширение диапазона рабочих температур жидкости и внешней среды за счет использования при вычислениях уровня значений температуры, полученных от температурного шлейфа, объективно отражающего температуру жидкости.The technical result provided by this invention is to expand the range of operating temperatures of the liquid and the environment due to the use in calculating the level of temperature values obtained from a temperature plume objectively reflecting the temperature of the liquid.

Claims

1. Magnetostrictive level gauge, characterized in that it includes a sensitive element with a sound guide made of magnetostrictive material placed in a magnetically permeable tube and a temperature loop with temperature sensors, an autonomous sensor module with a sound guide excitation coil and an annular magnet with a radially oriented magnetic field located at a known distance from the bottom capacities, piezoelectric receiver, unit for calculating the time intervals of passage of ultrasonic vibrations from the surface (interface tions) of the liquid container to the bottom level and at least one float arranged around the tube to be movable therealong, wherein the floats are placed in stand-alone modules sensors with acoustic conductor field coils and ring magnets with radially oriented magnetic field.

2. The magnetostrictive level gauge according to claim 1, characterized in that the vertical temperature loop with temperature sensors is connected to the unit for calculating time and level intervals and is made separately from the sound pipe.

3. The magnetostrictive level gauge according to claim 1, characterized in that the vertical temperature loop with temperature sensors is attached to the float and attached to an autonomous sensor module.

4. The magnetostrictive level gauge according to claim 1, characterized in that the spiral temperature loop with temperature sensors is attached to the float from above and attached to the anchor from the bottom and connected to an autonomous sensor module.