RU1813203C - Акустическа система непрерывного измерени уровн и расхода - Google Patents

Abstract

Применение: изобретение относитс  к - измерению и контролю уровн  жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом. Акустическа  система позвол ет повысить помехоустойчи-. вость, а, следовательно, надежность и точность измерени  в сложных услови х эксплуатации за счет выделени  информационных сигналов на фоне помех путем накоплени  и запоминани  их амплитуды и Изобретение относитс  к измерению и контролю уровн  жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом. Изобретение относитс  к измерени м акустическими методами и может быть использовано при автоматическом дистанционном измерении и контроле уровн  жидких и сыпучих, в том числе взрывоопасных, сред в различных отрасл х промышленности, а также расхода жидкостей, например промышленных сточных вод в лотках и водосливах . временного местоположени , а также позвол ет расширить область применени  за счет обеспечени  возможности контрол  взрывоопасных сред. Сущность изобретени  заключаетс  в том, что акустическа  система содержит генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, обратимый электроакустический преобразователь , эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управлени . Новым в акустической системе  вл етс  то, что вычислитель содержит квантователь, накопитель , задатчик начальник условий накоплени , пороговый селектор, блок задачи режима, определител  местоположени  информационного и эталонного сигналов на временной оси, блок преобразовани  сигна-- ла уровн  в сигнал расхода, аналого-цифро- вой преобразователь температуры и имитатор эталонного сигнала. Кроме того, с целью повышени  безопасности при контроле взрывоопасных сред система содержит блок взрывозащиты и узел гальванической разв зки. 2 ил. Цель изобретени  - повышение помехоустойчивости и точности измерени  в сложных услови х эксплуатации и повышение безопасности при контроле взрывоопасных сред. На фиг. 1 представлена структурна  схема акустической системы; на фиг. 2 - эпюры напр жений. Акустическа  измерительна  система содержит генератор зондирующих импульсов 1, соединенный через блок взрывозащиты 2с электроакустическим преобразователем 3, к которому прикрепСЛ С 00 W Ю О СО ы

Description

лен на строго определенном рассто ний от .излучающей поверхности рефлектор дл  создани  эталонной базы в акустическом трак- тё-эталонного акустического канала 4.

Создание эталонной базы в акустическом тракте необходимо дл  .непрерывного измерени  скорости звука в нем, что, в свою очередь, позвол ет автоматически исключать вли ние на показани  прибора различных дестабилизирующих факторов таких, как температура, влажность, давление, состав газовой среды и др. ...

В св зи с этим на входе усилител  5 помимо отраженного сигнала, несущего информацию об уровне, присутствует эталонный сигнал, несущий информацию о скорости звука в гззе. К электроакустическому преобразователю 3 через блок взры- возащитыподключен вход усилител :формировате.л  5, выход которого соединен с вычислителем 6, который в Свою очередь содержит квантователь 7, накопитель 8, пороговый селектор 9, задатчик начальных условий накоплени  10,. определитель 11 местоположени  эталонного сигнала на временной оси, определитель 12 местоположени  информационного сигнала на временной оси, коммутатор 13, блок определени  масштаба 14, формирователь выходного сигнала 15, блок преобразовани  сигнала уровн  в сигнал расхода 16, блок задачи режима 17, генератор строби- рующих импульсов 1.8, генератор тактовых импульсов 19, аналого-цифровой преобразователь 20 температуры акустического канала , имитатор эталонного канала 21 и дешифратор22. Вычислитель бсв зан через узел гальванической разв зки 23 с выходным устройством 24. Измерительна  система содержит также блок управлени  25 и цифровой индикатор 26.Электроакустический преобразователь 3 расположён на резервуаре 27 с контролируемой средой. Выходом измерительной системы, помимо цифровой индикации,  вл етс  аналоговый сигнал посто нного тока и две уставки сигнализации . .

Акустическа  измерительна  система работает следующим образом. Перед началом работы с помощью блока управлени  25 системе задаютс  исходн ые данные: диапазон измерени  (любой из нормального р да от 0-0,4 до 0-40,0 м), значение выходного токового сигнала (одно из трех значений: 0-5.0-20, 4-20 мА), функци  выходного сигнала {устанавливаетс  линейна  зависимость выходного сигнала от уровн  при измерении уровн  или линейна  зависимость выходного сигнала от расхода при измерении расхода жидкости, протекающей через канал в зависимости от его профил ), режим работы (уровнемер или дальномер ), значени  верхней и нижней устэвок сигнализации, параметр цифрового индика5 тора (метрьГили проценты), режим измерени  (с эталонным -каналом или с термометром сопротивлени ). Блок управлени  25 представл ет собой кнопочный или галетный переключатель и управл ет

0 блоком задачи режима 17, который в свою очередь управл ет всеми основными узлами вычислител  6. Основой вычислител  6  вл етс  микропроцессор типа «1821ВМ85, объем ПЗУ - б кБ (на микросхемах типа

5 К573РФ5), ОЗУ - 4 кБ (на микросхемах типа

. К537РУ10).

Основными функци ми вычислител   вл ютс  выделение информационных сигналов на фоне помех и формирование

0 выходного сигнала уровнемера (расходомера , дальномера) в цифровом виде. Кроме того, у вычислител  имеютс  дополнитель . ные функций, такие как формирование так-.- товых импульсов, формирование

5 стробирующих импульсов, дешифраци  выходного сигнала в семисегментный код, а также преобразование линейной зависимости выходного сигнала от уровн  в степенной р д (при измерении расхода). Кроме

0 названного микропроцессора с пам тью дл  реализации указанных функций в состав вычислител  входит специализированна  больша  интегральна  схема (СБИС).

При включении питани  генератор так5 товых импульсов 19 вырабатывает пр моугольные импульсы 28 (фиг. 2) с определенной частотой повторени  в зависимости от диапазона измерени , поступающие на вход генератора зондирующих

0 импульсов, который вырабатывает, в свою очередь, зондирующие сигналы 29 в виде радиоимпульсов пр моугольной формы, поступающие на акустический преобразователь 3. Отраженные от уровн 

5 контролируемой среды импульсы 30 и частично отраженные от рефлектора в эталонном канале 4 импульсы 31, а также импульсна  помеха 32, имеюща с  в акустическом тракте, поступают на вход усилите0 л -формировател . 5. На входе усилител  также присутствуют зондирующие сигналы 29. Усилитель-формирователь 5 представл ет собой два параллельно действующих усилител  с объединенными соответственно

5 входами и выходами: усилитель информационного канала с автоматической регулировкой усилени  и усилитель эталонного- канала. Каждый из усилителей имеет соответствующие двтект.оры и коммутаторы дл  подключени  стробирующих сигналов с выходов генератора стробирующих импульсов 18, На один из входов усилител  информационного канала (на вх. 2 усилител -формировател ) поступает стробирующий импульс 33, запрещающий прохождение на выход усилител  зондирующего импульса 29 и эталонного 31, а на один из входов усилител  эталонного канала(на вх. 3 усилител -формировател ) поступает стробирующий импульс 34, запрещающий прохождение на выход усилител  всех сиг- . налов, кроме эталонного 31. В результате на объединенном выходе усилител -формировател  5 по вл ютс  нормализованные видеосигналы: информационные 36 (отраженные от уровн ), эталонные 35 и сигналы помехи 37, которые поступают на вход квантовател  7. На первый вход квантовател  7 с выход блока задачи режимов 17 поступают сигналы квантовани  38, в результате чего на выходе квантовател  7 сигналы имеют вид: информационный сигнал 40, эталонный сигнал 39, сигналы помехи 41.

Функционирование последующих блоков вычислител  6 осуществл етс  следующим образом. Сначала происходит выделение информационных сигналов на фоне помех. Дл  этого в накопителе 8 осу-1 ществл етс  суммирование всех приход щих сигналов в одноименных интервалах времени за 32 периода тактовой частоты. Так как эталонные и информационные (отражённые от уровн ) сигналы представл ют собой регул рные посылки, поступающие на вход накопител  с определенной частотой повторени , а сигналы помехи представл ют собой хаотические сигналы, то за 32 периода накоплени  произойдет амплитудное превышение эталонных и информационных сигналов над сигналами помехи. На выходе накопител  8 сигналы будут иметь вид 42. Затем порогом ограничени  43 в пороговом селекторе 9 выдел ютс  сигналы 4.4, амплитуда которых превысила 13 единиц (т.е. сигналы в определенный момент времени присутствовали более чем в 13 периодах из 32). Дл  частичного сохранени  информации при переходе от одного цикла накоплени  к другому в тех интервалах времени, где пороговым селектором 9 было зафиксировано наличие сигналов 44, ввод тс  начальные сигналы 45 амплитудой 5 единиц, которые с выхода задатчйкз начальных условий накоплени  10 поступают на первый вход накопител .

Выделение сигналов эталонного канала происходит одновременно с выделением информационных сигналов (сигналы 44).

Такой алгоритм накоплени , запоминаний и выделени  из фона помех информационных сигналов позвол ет производить надежное измерение уровн  в наиболее сложных эксплуатационных услови х, например при измерении уровн  сыпучих и кусковых 5 материалов, загрузка и выгрузка которых сопровождаетс  чрезвычайно большим уровнем шума (до ЮОдБ) в широком спектре частот, а также большой запыленностью и большими углами естественного откоса 10 контролируемого материала, что, в свою очередь, приводит к значительному уменьшению и флуктуации амплитуды информационных сигналов.

Далее, с выхода порогового селектора 9 5 сигналы 44 поступают на блоки 11 и 12. где 4 определ етс  местоположение на временной оси соответственно эталонного и информационного сигнала (сигналы 46 и 47). В блоке определени  масштаба 14 операцией

0 делени  числа, соответствующего времени прихода информационного сигнала (47), на число, соответствующее времени прихода эталонного сигнала (46). вычисл етс  масштаб времени прихода информационного

5 сигнала (48).

Выходной сигнал прибора в цифровом виде формируетс  в блоке 15 в зависимости , от заданного режима работы измерительной системы, В режиме измерени  уровн 

0 информаци  может быть сформирована пропорционально метрам (сантиметрам) или процентам от верхнего предела измерени , В режиме измерени  рассто ни  фор- мируетс  сигнал, пропорциональный

5 метрам (сантиметрам).

Дл  выдачи информации на цифровой

индикатор 26 предусмотрен дешифратор 22

дл  преобразовани  сигналов в семисегментный код. Цифровой выходной сигнал с

0 выхода формировател  15 поступает на блок 16 преобразовани  сигнала уровн  в сигнал расхода. Если начальными услови - . ми предусмотрена работа измерительной системы в режиме измерени  уровн , то #

5 цифровой выходной сигнал проходит блок 16 без изменений и поступает на узел гальванической разв зки 23.

Если предусмотрена работа системы в режиме измерени  расхода текущей жидко0 Сти, то, в зависимости от профил  лотка или водослива (через которые течет жидкость и над которыми размещаетс  электроакустический преобразователь 3), при помощи блока управлени  25и, соответственно, бло5 ка задачи режима 17 даетс  в блок 16 преобразовани  сигнала уровн  в сигнал расхода соответствующа  команда и цифровой сигнал возводитс  в степень, например в степень 3/2 дл  лотка типа Вентури,

в степень 5/2 дл  лотка, имеющего конусное сечение, или формируетс  друга  зависимость , например синусоидальна  дл  водосливов , имеющих трубное сечение.

С блока задачи режима 17 в блок 16 даетс  также команда на формирование цифровых сигналов, соответствующих двум уровн м сигнализации.

Перед поступлением на узел гальванической разв зки (основой которого может быть стройна  пара) выходной сигнал в блоке 16 преобразуетс  в последовательный код.

Цифровой сигнал, пропорциональный уровню или расходугс выхода блока 16 через узел гальванической разв зки 23 посту- пает на выходное устройство 24. Выходное устройство представл ет собой интегратор и усилитель посто нного тока дл  формировани  токового выходного сигнала, а также два релейных каскада дл  формировани  двух уставок сигнализации (например верхнего и нижнего уровн ).

В рассматриваемой системе предусмотрено измерение уровн  или расхода не только р эталонным каналом, но и без него - режим работы с термометром. В этом случае в акустический тракт вводитс  термометр сопротивлени  (конструктивно он может быть вылолнен заодно с электроакустическим преобразователем 3), сигнал с которо- го, пропорциональный температуре акустического тракта, через узел взрыеоза- щиты и анэлого-цифровой преобразователь 20 поступает на имитатор эталонного сигнала 2 1, Имитатор эталонного сигнала включа- етс  по соответствующей команде q блока задачи режима 17, с которого также поступает соответствующа  команда на коммутатор 13. В результате этого на блок определени  масштаба 14 через коммута- тор 13 поступает имитируемый эталонный сигнал, положение на временной оси которого определ етс  температурой в акустическом тракте измерительной системы,;

Блок взрывоззщиты может быть выпол- нен в виде набора соответствующих ограни- чительных радиоэлементов (резисторов, стабилитронов) в токоведущих цеп х, которые св зывают электроакустический преобразователь 3 с генератором зондирующих импульсов 1, усилителем-формирователем 5 и аналого-цифровым преобразователем температуры 20.

Таким образом предлагаема  измерительна  система позвол ет повысить поме- хоустойчивость и точность измерени  в сложных услови х эксплуатации и повысить безопасность при контроле взрывоопасных сред.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Акустическа  система непрерывного измерени  уровн  и расхода, содержаща  генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, обратимый электроакустический преобразователь, эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управлени , отл ича ю ща   с  тем, что, с целью повышени  помехоустойчивости и точности измерени  за счет уменьшени  вли ни  производственных шумов и повышени  безопасности при контроле взрывоопасных сред, в нее дополнительно введены блок взрывозащиты и узел гальванической разв зки, причем первый вход блока взрывозащиты соединен с объединенными выходом генератора зондирующих импульсов и первым входом усилител -формировател , а второй вход блока взрывозащиты соединен с первым входом вычислител , при этом первый и второй выходы блока взрывозащиты соединены с соответствующимивходами электроакустического преобразовател , а узел гальванической разв зки включен между первым выходом вычислител  и входом выходного устройства, а вычислитель выполнен в виде квантовател , накопител , порогового селектора, задатчика начальных условий накоплени , определител  местоположени  эталонного сигнала на временной оси, определител  местоположени  информационного сигнала на временной оси, имитатора эталонного сигнала, коммутатора , блока определени  масштаба, формировател  выходного сигнала/генератора стробирующих импульсов, генератора тактовых импульсов, дешифратора блока преобразовани  сигнала уровн  в сигнал расхода, аналого-цифрового преобразовател  температуры и блока задачи режима, причем выход усилител -формиррвател  через квантователь, накопитель и пороговый селектор соединен с объединенным входами определител  местоположени  эталонного сигнала на временной оси и определител  местоположени  информационного сигнала на временной оси, выходы которых соединены с соответствующими входами блока определени  масштаба, причём выход определител  местоположени  эталонного сигнала на временной оси соединен с входом блока определени  масштаба через коммутатор, выход порогового селектора через зздатчик начальных условий накоплени  соединен также с первым входом накопител , а выход блока определени  масштаба соединен с первым входом

   формировател  выходного сигнала, выход (блока управлени  соединен с входом генератора стробирующих импульсов, а выходы его соединены соответственно с вторым и третьим входами усилител -формировател , второй выход блока задачи режима через генератор тактовых импульсов соединен с генератором зондирующих импульсов, а третий - седьмой выходы соединены соответственно с первым входом квантовател , вторым выходом формировани  выходных сигналов, первым входом коммутатора, первым входом имитатора эталонного сигнала

   0

   и первым входом блока преобразовани  сигнала уровн  в сигнал расхода, а выход аналого-цифрового преобразовател  температуры соединен с вторым входом имитатора эталонного сигнала, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, при этом первый выход формировател  выходного сигнала через дешифратор соединен с цифровым индикатором, а второй выход через блок преобразовани  сигнала уровн  в сигнал расхода и узел гальванической разв зки соединен с выходным устройством .

   Ти

   П

   Ј

   35

   nfinnlnnnn пп

   I

   г