RU16313U1

RU16313U1 - ULTRASONIC LEVEL METER

Info

Publication number: RU16313U1
Application number: RU2000115485/20U
Authority: RU
Inventors: В.С. Макаров; А.И. Солдатов; С.А. Цехановский; А.Ю. Ярков
Original assignee: Томский политехнический университет
Priority date: 2000-06-15
Filing date: 2000-06-15
Publication date: 2000-12-20

Abstract

Ультразвуковой уровнемер, состоящий из многоканального генератора, генератора стробирующих импульсов, блока обработки и индикации, измерительного и эталонного каналов, электронная часть каждого из которых состоит из последовательно соединенных обратимого электроакустического преобразователя, усилителя и триггера, первый вход которого подключен к выходу усилителя, при этом эталонный канал содержит отражатель, первый и второй выходы многоканального генератора подключены соответственно к обратимым электроакустическим преобразователям измерительного и эталонного каналов, а его третий выход подключен к входу генератора стробирующих импульсов, первый выход которого подключен к второму входу триггера измерительного канала, выход которого подключен к первому входу блока обработки и индикации, второй вход которого подключен к выходу триггера эталонного канала, при этом акустическая часть эталонного канала выполнена в виде трубы с продольной щелью, к верхнему концу которой прикреплен поплавок, причем труба установлена с возможностью вращения в вертикальной плоскости, отражатель и обратимый электроакустический преобразователь эталонного канала закреплены внутри трубы, а второй выход генератора стробирующих импульсов подключен к второму входу триггера эталонного канала, отличающийся тем, что акустическая часть измерительного канала выполнена в виде Г-образной трубы, состоящей из вертикального и горизонтального участка с отверстием в нижней его части для удаления отложений, при этом в горизонтальном участке трубы размещены преобразователь, излучающая поверхность которого расположена вертикальнAn ultrasonic level gauge consisting of a multichannel generator, a strobe pulse generator, a processing and indication unit, measuring and reference channels, the electronic part of each of which consists of a series-connected reversible electro-acoustic transducer, amplifier and trigger, the first input of which is connected to the output of the amplifier, while the reference the channel contains a reflector, the first and second outputs of the multi-channel generator are connected respectively to reversible electro-acoustic transducers measurement and reference channels, and its third output is connected to the input of the strobe pulse generator, the first output of which is connected to the second input of the measuring channel trigger, the output of which is connected to the first input of the processing and indication unit, the second input of which is connected to the output of the trigger of the reference channel, this acoustic part of the reference channel is made in the form of a pipe with a longitudinal slot, to the upper end of which a float is attached, and the pipe is mounted for rotation in a vertical plane , the reflector and the reversible electro-acoustic transducer of the reference channel are fixed inside the pipe, and the second output of the gate pulse generator is connected to the second input of the trigger of the reference channel, characterized in that the acoustic part of the measuring channel is made in the form of a L-shaped pipe, consisting of a vertical and horizontal section with a hole in its lower part to remove deposits, while in the horizontal pipe section a transducer is placed, the radiating surface of which is located vertically

Description

Ультразвуковой уровнемер.Ultrasonic Level Gauge.

Полезная модель относится к. ультразвуковым локационным измерителям уровня жидкости в резервуарах на автозаправочных станциях и нефтебазах, а также в химической, нефтяной и других отраслях народного хозяйства.The utility model relates to ultrasonic location-based liquid level meters in tanks at gas stations and oil depots, as well as in the chemical, oil and other sectors of the national economy.

Известен ультразвуковой уровнемер А. С. СССР № 1064147, кл. G 01 F 23/28, Ультразвуковой уровнемер. - опубл.30.12.1983. Бюл. № 48, содержащий генератор импульсов возбуждения, устройство для устранения погрешности от непостоянства скорости ультразвука, выполненное в виде ультразвуковой линии задержки с приемо-излучаюпщми пьезопреобразователями, погруженными в жидкость уровень которой измеряется, генератор стробирующих импульсов, приемные устройства, измерительные триггеры и устройства для обработки и индикации полученной информации. Компенсация скоростной погрешности, обусловленной зависимостью скорости ультразвука от температуры и химического состава контролируемой жидкости, осуществляется за счет того, что измерение времени распространения ультразвуковых колебаний в измерительном канале, производится с помощью контура автоциркуляции в ультразвуковой линии задержки, так что период циркуляции зависит от скорости ультразвука в контролируемой среде и, следовательно, результата измерений, то есть количество циклов за время измерения уровня, не зависит от скорости ультразвука в контролируемой среде.Known ultrasonic level gauge A. S. USSR No. 1064147, class. G 01 F 23/28, Ultrasonic level transmitter. - publ. 12/30/1983. Bull. No. 48, comprising a generator of excitation pulses, a device for eliminating errors from the inconstancy of the speed of ultrasound, made in the form of an ultrasonic delay line with receiving-emitting piezoelectric transducers immersed in a liquid whose level is measured, a strobe pulse generator, receiving devices, measuring triggers and devices for processing and indication of the information received. Compensation of the speed error due to the dependence of the ultrasound speed on the temperature and chemical composition of the controlled fluid is carried out due to the fact that the propagation time of ultrasonic vibrations in the measuring channel is measured using the auto-circulation circuit in the ultrasonic delay line, so that the circulation period depends on the speed of ultrasound in controlled environment and, consequently, the measurement result, that is, the number of cycles during the level measurement, does not depend on the speed and ultrasound in a controlled environment.

Недостатком известного устройства является наличие погрешности измерений, обусловленной градиентом скорости ультразвука в жидкости в вертикальной плоскости из-за градиента температуры и плотности.A disadvantage of the known device is the presence of measurement error due to the speed gradient of ultrasound in a liquid in the vertical plane due to the temperature and density gradient.

Известен ультразвуковой уровнемер Патент СССР № 1757304, МКИ G 01 F 23/28, Ультразвуковой уровнемер /Цехановский С.А., Макаров B.C., Уханов Л.И., Козлов Ю.В.- опубл. 30.08.1994, Бюл. № 16, выбранный в качестве прототипа, содержащий многоканальный генератор, генератор стробирующих импульсов, блок обработки и индикации, измерительный и эталонный канал, каждый из которых состоит из последовательно соединенных обратимогоKnown ultrasonic level gauge USSR Patent No. 1757304, MKI G 01 F 23/28, Ultrasonic level gauge / Tsekhanovsky S.A., Makarov B.C., Ukhanov L.I., Kozlov Yu.V. - publ. 08/30/1994, Bull. No. 16, selected as a prototype, containing a multi-channel generator, a strobe pulse generator, a processing and indication unit, a measuring and reference channel, each of which consists of a reversible

г в о -о 1 isrg in o-o 1 isr

МПК7 G01 F 23/28 MPK7 G01 F 23/28

электроакустического преобразователя, усилителя и триггера, первый вход которого подключен к выходу усилителя, при этом эталонный канал содержит отражатель, первый и второй выходы многоканального генератора подключены соответственно к обратимым электроакустическим преобразователям измерительного и эталонного каналов, а его третий выход подключен к входу генератора стробирующих импульсов, первый выход которого подключен к второму входу триггера измерительного канала, выход которого подключен к первому входу блока обработки и индикации, второй вход которого подключен к выходу триггера эталонного канала, который снабжен трубой с продольной щелью, к верхнему концу которой прикреплен введенный поплавок, при этом труба установлена с возможностью вращения в вертикальной плоскости, отражатель и обратимый электроакустический преобразователь эталонного канала закреплены внутри трубы, а второй выход генератора стробирующих импульсов подключен к второму выходу триггера эталонного канала.an electro-acoustic transducer, amplifier and trigger, the first input of which is connected to the output of the amplifier, the reference channel contains a reflector, the first and second outputs of the multi-channel generator are connected respectively to reversible electro-acoustic transducers of the measuring and reference channels, and its third output is connected to the input of the strobe generator, the first output of which is connected to the second input of the trigger of the measuring channel, the output of which is connected to the first input of the processing unit and indicator the second input of which is connected to the output of the trigger of the reference channel, which is equipped with a pipe with a longitudinal slit, to the upper end of which an inserted float is attached, while the pipe is mounted for rotation in a vertical plane, the reflector and the reversible electro-acoustic transducer of the reference channel are fixed inside the pipe, and the second output of the strobe pulse generator is connected to the second output of the trigger of the reference channel.

Недостатком прототипа является наличие мертвой зоны, обусловленной вертикальным расположением обратимого электроакустического преобразователя, а также низкой надежностью вследствие возможного засорения акустического тракта осадком измеряемой жидкости.The disadvantage of the prototype is the presence of a dead zone due to the vertical arrangement of the reversible electro-acoustic transducer, as well as low reliability due to possible clogging of the acoustic tract by the sediment of the measured liquid.

Задача полезной модели - уменьшение нижнего предела измерения уровня и повышение надежности ультразвукового уровнемера.The objective of the utility model is to reduce the lower limit of level measurement and increase the reliability of the ultrasonic level gauge.

Поставленная задача достигается тем, что в ультразвуковом уровнемере, содержащем многоканальный генератор, генератор стробирующих импульсов, блок обработки и индикации, измерительный и эталонный канал, электронная часть каждого из которых состоит из последовательно соединенных обратимого электроакустического преобразователя, усилителя и триггера, первый вход которого подключен к выходу усилителя, при этом эталонный канал содержит отражатель, первый и второй выходы многоканального генератора подключены соответственно к обратимым электроакустическим преобразователям измерительного и эталонного каналов, а его третий выход подключен к входу генератора стробирующих импульсов, первый выход которого подключен к второму входу триггера измерительного канала, выход которого подключен к первому входу блока обработки и индикации, второй вход которого подключен кThe problem is achieved in that in an ultrasonic level meter containing a multi-channel generator, a strobe pulse generator, a processing and indication unit, a measuring and reference channel, the electronic part of each of which consists of a series-connected reversible electro-acoustic transducer, amplifier and trigger, the first input of which is connected to the output of the amplifier, while the reference channel contains a reflector, the first and second outputs of the multi-channel generator are connected respectively to reversible acoustic transducers of the measuring and reference channels, and its third output is connected to the input of the strobe pulse generator, the first output of which is connected to the second input of the measuring channel trigger, the output of which is connected to the first input of the processing and indication unit, the second input of which is connected to

выходу триггера эталонного канала, акустическая часть эталонного канала выполнена в виде трубы с продольной щелью, к верхнему концу которой прикреплен поплавок, при этом труба установлена с возможностью вращения в вертикальной плоскости, отражатель и обратимый электроакустический преобразователь эталонного канала закреплены внутри трубы, а второй выход генератора стробирующих импульсов подключен к второму входу триггера эталонного канала. Согласно полезной модели акустическая часть измерительного канала выполнена в виде Г-образной трубы, состоящей из вертикального и горизонтального участка с отверстием в нижней части для удаления отложений, а в горизонтальном участке трубы размещены преобразователь, излучающая поверхность которого расположена вертикально, и отражатель ориентированный под углом 45° к поверхности преобразователя в результате чего, независимо от величины мертвой зоны излучателя минимально контролируемый уровень становится меньше на половину диаметра трубы.the trigger output of the reference channel, the acoustic part of the reference channel is made in the form of a pipe with a longitudinal slot, the float is attached to its upper end, while the pipe is mounted for rotation in a vertical plane, the reflector and the reversible electro-acoustic transducer of the reference channel are fixed inside the pipe, and the second output of the generator gating pulses connected to the second input of the trigger of the reference channel. According to a useful model, the acoustic part of the measuring channel is made in the form of a L-shaped pipe, consisting of a vertical and horizontal section with an opening in the lower part to remove deposits, and a transducer is placed in the horizontal section of the pipe, the radiating surface of which is located vertically, and the reflector is oriented at an angle of 45 ° to the surface of the transducer as a result of which, regardless of the magnitude of the dead zone of the emitter, the minimum controlled level becomes half the diameter t the ruby.

На фиг. 1. представлена функциональная схема уровнемера.In FIG. 1. presents a functional diagram of the level gauge.

Ультразвуковой уровнемер содержит резервуар 1 горизонтального типа (т. е. высота резервуара меньше его длины), многоканальный генератор 2 импульсов возбуждения, который связан с генератором 3 стробирующих импульсов, а также измерительный канал 4 и эталонный канал 5, обратимые электроакустические преобразователи 6 и 7, усилители 8 и 9, триггеры 10 и 11, входы R которых соединены с выходом генератора 3 стробирующих импульсов, входы S связаны с выходом соответствующих усилителей эталонного и измерительного каналов, а выходы присоединены к соответствующим входам блока 12 обработки и индикации.The ultrasonic level gauge contains a horizontal reservoir 1 (i.e., the reservoir is shorter than its length), a multi-channel excitation pulse generator 2, which is connected to a strobe pulse generator 3, as well as a measuring channel 4 and a reference channel 5, reversible electro-acoustic transducers 6 and 7, amplifiers 8 and 9, triggers 10 and 11, whose inputs R are connected to the output of the strobe pulse generator 3, the inputs S are connected to the output of the corresponding amplifiers of the reference and measuring channels, and the outputs are connected to the corresponding uyuschim input unit 12 and display processing.

В трубе эталонного канала 5, установленной с возможностью вращения в вертикальной плоскости относительно точки закрепления на дне резервуара 1, размещен на фиксированном расстоянии отражатель 13. К противоположному концу трубы прикреплен поплавок 14. Труба измерительного канала 4 выполнена Г - образной, состоящей из вертикального и горизонтального участка 15с отверстием 17 для удаления отложений, в горизонтальном участке трубы размещены преобразователь 6, излучающая поверхность которого расположена вертикально, и отражатель 16 ориентированный под углом 45 ° к поверхности преобразователя.A reflector 13 is mounted at a fixed distance in the pipe of the reference channel 5, which is mounted for rotation in a vertical plane relative to the fixing point at the bottom of the tank 1. A float is attached to the opposite end of the pipe 14. The pipe of the measuring channel 4 is made L-shaped, consisting of vertical and horizontal section 15 with an opening 17 for removing deposits, in the horizontal pipe section there is a transducer 6, the radiating surface of which is located vertically, and the reflector 16 is oriented angle of 45 ° to the surface of the transducer.

Многоканальный генератор 2 выполнен по схеме с разрядом накопительной емкости на тиристорах типа КУ104Г. Генератор 3 стробирующих импульсов, может быть собран на интегральных схемах серии 1533. Усилители 8 и 9 представляют собой резонансные усилители, которые могут быть собраны на интегральных схемах, например К118УН1. В качестве триггеров 10 и 11 могут быть использованы соответствующие интегральные схемы, например К1533ТМ2. В качестве блока обработки и индикации может быть использована схема содержащая кварцевый генератор, ключ, управляемый через мультиплексор сигналами с выходов измерительных триггеров, и микропроцессор. Все указанные элементы реализованы на микросхемах серии 1533 и 590, а в качестве микропроцессора, например любой аналог MCS -51.Multichannel generator 2 is made according to the scheme with the discharge of the storage capacitance on KU104G thyristors. Gating pulse generator 3 can be assembled on 1533 series integrated circuits. Amplifiers 8 and 9 are resonant amplifiers that can be assembled on integrated circuits, for example K118UN1. As triggers 10 and 11, corresponding integrated circuits can be used, for example, K1533TM2. As a processing and indication unit, a circuit containing a crystal oscillator, a key controlled via a multiplexer with signals from the outputs of the measuring triggers, and a microprocessor can be used. All these elements are implemented on chips of the 1533 and 590 series, and as a microprocessor, for example, any analogue of MCS -51.

Ультразвуковой уровнемер работает следующим образом.Ultrasonic level gauge works as follows.

При включении устройства многоканальный генератор 2 вырабатывает импульс, который одновременно возбуждает обратимые электроакустические преобразователи 6, 7 и запускает генератор 3 стробирующих импульсов, с выхода которого импульс строба поступает на входы D триггеров 10, 11 и устанавливает их в положение 1. Ультразвуковой импульс в измерительном канале 4 излучается, затем отражается от отражателя 16, а затем отражается от границы раздела жидкость - воздух и принимается тем же преобразователем 6. В эталонном канале 5 ультразвуковой импульс, излученный преобразователем 7, отражается от отражателя 13 и принимается тем же преобразователем 7. Затем принятые сигналы поступают на входы усилителей 8 и 9, с выхода которых попадают на входы R триггеров 10, 11, которые при этом устанавливаются в положение О, в результате чего на выходе триггера 10 формируется импульс, длительность которого равна удвоенному времени прохождения ультразвука от преобразователя 6 до границы раздела жидкость-воздух, а на выходе триггера 11 формируется импульс длительность которого равна удвоенному времени прохождения ультразвука от преобразователя 7 до отражателя 13. Блок 12 обработки и индикации преобразует временные интервалы в соответствующие коды, которые могут поступать затем на ЭВМ. Вычисление уровня жидкости в резервуаре 1 осуществляется по формуле:When the device is turned on, the multi-channel generator 2 generates a pulse that simultaneously excites reversible electro-acoustic transducers 6, 7 and starts the strobe pulse generator 3, from the output of which the strobe pulse goes to the inputs D of the triggers 10, 11 and sets them to position 1. Ultrasonic pulse in the measuring channel 4 is emitted, then reflected from the reflector 16, and then reflected from the liquid-air interface and is received by the same transducer 6. In the reference channel 5, an ultrasonic pulse from radiated by the transducer 7 is reflected from the reflector 13 and received by the same transducer 7. Then, the received signals are fed to the inputs of the amplifiers 8 and 9, from the output of which they go to the inputs R of the triggers 10, 11, which are then set to position O, resulting in the output of the trigger 10 generates a pulse whose duration is equal to twice the transit time of ultrasound from the transducer 6 to the liquid-air interface, and at the output of the trigger 11 a pulse is formed whose duration is equal to twice the time passed ultrasound from the transducer 7 to the reflector 13. The processing and display unit 12 converts the time intervals into corresponding codes, which can then be transmitted to the computer. The calculation of the liquid level in the tank 1 is carried out according to the formula:

где LH - измеряемый уровень жидкости; Ьэ - расстояние от преобразователя до отражателя в эталонном канале; - длительность импульса измерительного канала; Т$- длительность импульса эталонного канала.where LH is the measured liquid level; Le - the distance from the Converter to the reflector in the reference channel; - pulse width of the measuring channel; T $ - pulse width of the reference channel.

Опытный образец уровнемера, выполненный в соответствии с формулой изобретения, установлен в резервуаре горизонтального типа на АЗС №32 г. Томска. Испытания в течение 1 года показали высокую надежность и соответствие требованиям измерительных систем используемых в коммерческом учете.A prototype level gauge, made in accordance with the claims, is installed in a horizontal tank at a gas station No. 32 in Tomsk. Tests for 1 year showed high reliability and compliance with the requirements of measuring systems used in commercial accounting.

ЈМЈ//У-ЈМЈ // У-

()/7э() / 7э

Claims

An ultrasonic level gauge consisting of a multi-channel generator, a strobe pulse generator, a processing and indication unit, measuring and reference channels, the electronic part of each of which consists of a series-connected reversible electro-acoustic transducer, amplifier and trigger, the first input of which is connected to the output of the amplifier, while the reference the channel contains a reflector, the first and second outputs of the multi-channel generator are connected respectively to reversible electro-acoustic transducers measurement and reference channels, and its third output is connected to the input of the strobe pulse generator, the first output of which is connected to the second input of the trigger of the measuring channel, the output of which is connected to the first input of the processing and display unit, the second input of which is connected to the output of the trigger of the reference channel, this acoustic part of the reference channel is made in the form of a pipe with a longitudinal slot, to the upper end of which a float is attached, and the pipe is mounted for rotation in a vertical plane , the reflector and the reversible electro-acoustic transducer of the reference channel are fixed inside the pipe, and the second output of the strobe pulse generator is connected to the second input of the trigger of the reference channel, characterized in that the acoustic part of the measuring channel is made in the form of a L-shaped pipe, consisting of a vertical and horizontal section with a hole in its lower part to remove deposits, while in the horizontal pipe section a transducer is placed, the radiating surface of which is located vertically about, and a reflector oriented at an angle of 45 ^o to the surface of the Converter.