RU195795U1

RU195795U1 - LEVEL

Info

Publication number: RU195795U1
Application number: RU2019123883U
Authority: RU
Inventors: Валерий Александрович Кабатчиков
Original assignee: Валерий Александрович Кабатчиков
Priority date: 2019-07-23
Filing date: 2019-07-23
Publication date: 2020-02-05

Abstract

Использование: ультразвуковые измерения длин, расстояний и уровней жидкостей. Сущность полезной модели: в уровнемере, включающем в себя цилиндрическую изолирующую оболочку 1, внутри которой находятся помещенный в диэлектрическую трубку 2 звукопровод 3 из магнитострикционного материала, обмотку возбуждения 4, намотанную на диэлектрическую трубку 2, и пьезоприемник 5, а также поплавок 6 с магнитным блоком 7, генератор электрических импульсов 8, подключенный выходами «1» и «2» к обмотке возбуждения 4, формирователь цифровых импульсов 9, подключенный к выводам пьезоприемника 5, и блок определения интервалов времени 10, подключенный первым входом «1» к выходу «5» генератора 8, вторым входом «2» - к выходу формирователя цифровых импульсов 9, а выходом - ко входу блока определения уровня 11, выходы «3» и «4» генератора электрических импульсов 8 подключены к выводам пьезоприемника 5.Техническим результатом, наблюдаемым при реализации заявленного решения, выступает повышение технологичности уровнемера за счет упрощения его конструкции. 1 ил.Usage: ultrasonic measurements of lengths, distances and levels of liquids. The essence of the utility model: in a level gauge, which includes a cylindrical insulating shell 1, inside which are located a sound pipe 3 made of magnetostrictive material placed in a dielectric tube 2, an excitation winding 4, wound on a dielectric tube 2, and a piezoelectric receiver 5, as well as a float 6 with a magnetic block 7, an electric pulse generator 8, connected by outputs "1" and "2" to the excitation winding 4, a digital pulse shaper 9, connected to the terminals of the piezoelectric receiver 5, and a unit for determining time intervals 10, connection the first input “1” to the output “5” of the generator 8, the second input “2” to the output of the digital pulse shaper 9, and the output to the input of the level determination unit 11, the outputs “3” and “4” of the electric pulse generator 8 are connected to the conclusions of the piezoelectric receiver 5. The technical result observed during the implementation of the claimed solution is an increase in the manufacturability of the level gauge due to the simplification of its design. 1 ill.

Description

Полезная модель относится к области ультразвуковых измерений длин и расстояний и предназначена для использования в системах непрерывного контроля уровней жидких сред.The utility model relates to the field of ultrasonic measurements of lengths and distances and is intended for use in continuous monitoring systems for liquid levels.

Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий соединенный с первым выходом генератора, ультразвуковой излучающий элемент, установленный на торце волновода, размещенного в герметизированной трубке, поплавок, насаженный на герметизированную трубку с возможностью вертикального перемещения по ней и имеющий форму полого цилиндра с встроенным первым постоянным магнитом, размещенные на волноводе опорную и сигнальную многовитковые обмотки, из которых опорная обмотка расположена на волноводе между измерительной обмоткой и ультразвуковым излучающим элементом и охвачена вторым постоянным кольцевым магнитом, а сигнальная многовитковая обмотка распределена по высоте волновода и подключена концами к первому и второму входам блока вторичной электронной аппаратуры, третий и четвертый входы которого подключены к концам опорной обмотки, а также входящие в блок вторичной электронной аппаратуры два усилителя, первые и вторые входы которых являются соответственно первым, вторым, третьим и четвертым входами указанного блока, два формирователя временных интервалов и решающий блок, при этом объединенные первые входы формирователей временных интервалов являются пятым входом указанного блока, соединенным со вторым выходом генератора, второй и третий входы первого формирователя подключены соответственно к выходу второго усилителя и первому выходу первого формирователя временных интервалов, второй вход которого соединен с выходом первого усилителя, а входы решающего блока подключены ко второму выходу первого формирователя и выходу второго формирователя временных интервалов (патент РФ №2064666, G01F 23/28, БИ №21, 1996 г.).A known ultrasonic level gauge containing connected to the first output of the generator, an ultrasonic emitting element mounted on the end of the waveguide placed in a sealed tube, a float mounted on a sealed tube with the possibility of vertical movement along it and having the form of a hollow cylinder with a built-in first permanent magnet, placed on waveguide reference and signal multi-turn windings, of which the supporting winding is located on the waveguide between the measuring winding and the ultrasonic a radiating element and is covered by a second permanent ring magnet, and the signal multi-turn winding is distributed along the height of the waveguide and connected by ends to the first and second inputs of the secondary electronic unit, the third and fourth inputs of which are connected to the ends of the supporting winding, as well as two of the secondary electronic devices amplifier, the first and second inputs of which are respectively the first, second, third and fourth inputs of the specified block, two shapers of time intervals and a decision block wherein the combined first inputs of the shaper of the time intervals are the fifth input of the indicated unit connected to the second output of the generator, the second and third inputs of the first shaper are connected respectively to the output of the second amplifier and the first output of the first shaper of time intervals, the second input of which is connected to the output of the first amplifier, and the inputs of the crucial unit are connected to the second output of the first shaper and the output of the second shaper of time intervals (RF patent No. 2064666, G01F 23/28, BI No. 21, 1996).

В этом уровнемере изменение параметров сигнальной и опорной обмоток под воздействием температуры приводят соответственно к изменению времени прохождения сигналов от этих обмоток. При этом использование раздельных усилителей для каждой из обмоток создает дополнительные фазовые искажения сигналов. Помимо этого, ультразвуковой излучающий элемент также имеет собственную задержку, которая определяет время от момента подачи напряжения на элемент до момента появления механических колебаний в волноводе и также зависит от температуры.In this level gauge, a change in the parameters of the signal and reference windings under the influence of temperature leads, respectively, to a change in the travel time of the signals from these windings. Moreover, the use of separate amplifiers for each of the windings creates additional phase distortion of the signals. In addition, the ultrasonic emitting element also has its own delay, which determines the time from the moment the voltage is applied to the element until the appearance of mechanical vibrations in the waveguide and also depends on temperature.

Таким образом, недостатком данного уровнемера являются фазовые искажения сигналов, приводящие к снижению точности и температурной стабильности работы устройства.Thus, the disadvantage of this level gauge is the phase distortion of the signals, leading to a decrease in the accuracy and temperature stability of the device.

Кроме этого недостатком уровнемера является относительно сложная конструкция в связи с использованием двух обмоток и двух постоянных магнитов.In addition, the disadvantage of the level gauge is the relatively complex design due to the use of two windings and two permanent magnets.

Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий размещенный внутри защитной оболочки волновод с измерительной обмоткой и ультразвуковым магнитострикционным преобразователем, соединенным с выходом генератора для формирования в волноводе импульсов продольных упругих волн, поплавок с первым магнитным элементом, установленный с возможностью перемещения вдоль защитной оболочки в соответствии с измеряемым уровнем жидкости, второй магнитный элемент, размещенный между ультразвуковым преобразователем и поплавком, блок обработки сигналов, подключенный входами к концам измерительной обмотки, и блок определения уровня, подключенный входом к выходу блока обработки сигналов, при этом часть витков измерительной обмотки расположена в магнитном поле второго магнитного элемента (патент РФ на полезную модель №49249, G01F 23/28, БИ №31, 2005 г.).A known ultrasonic level gauge containing a waveguide located inside the protective shell with a measuring winding and an ultrasonic magnetostrictive transducer connected to the output of the generator for generating longitudinal elastic wave pulses in the waveguide, a float with a first magnetic element mounted to move along the protective shell in accordance with the measured liquid level , a second magnetic element located between the ultrasonic transducer and the float, a signal processing unit, connected by inputs to the ends of the measuring winding, and a level determination unit connected by an input to the output of the signal processing unit, while some of the turns of the measuring winding are located in the magnetic field of the second magnetic element (RF patent for utility model No. 49249, G01F 23/28, BI No. 31 , 2005).

Данный уровнемер устраняет недостатки предыдущего устройства, связанные с использованием двух параллельных трактов преобразования сигналов от двух обмоток, но имеет свой существенный недостаток. Он заключается в том, что длина волновода, характеризующего расстояние от нижнего торца волновода до ультразвукового преобразователя, претерпевает значительные изменения с течением времени и под воздействием температуры окружающей среды, которые никак не учитываются при обработке сигналов и приводят к существенной погрешности измерения уровня. Причем эта погрешность в некоторых случаях может даже превышать погрешность, обусловленную использованием раздельных трактов прохождения сигналов в предыдущем аналоге.This level gauge eliminates the disadvantages of the previous device associated with the use of two parallel signal conversion paths from two windings, but has its own significant drawback. It lies in the fact that the length of the waveguide, which characterizes the distance from the lower end of the waveguide to the ultrasonic transducer, undergoes significant changes over time and under the influence of ambient temperature, which are not taken into account in the signal processing and lead to a significant level measurement error. Moreover, this error in some cases may even exceed the error due to the use of separate signal paths in the previous analogue.

Таким образом, недостатком известного уровнемера является низкая точность из-за влияния температурных изменений длины волновода на результат измерения уровня.Thus, the disadvantage of the known level gauge is low accuracy due to the influence of temperature changes in the waveguide length on the level measurement result.

Известен также уровнемер, который содержит чувствительный элемент, выполненный в виде цилиндрической оболочки, внутри которой находятся помещенный в диэлектрическую трубку звукопровод из магнитострикционного материала, обмотка, намотанная на диэлектрическую трубку, и пьезоприемник, а также поплавок с магнитным блоком из нескольких постоянных магнитов, имеющий возможность перемещения вдоль изолирующей оболочки, генератор электрических импульсов, блок определения уровня, формирователь цифровых импульсов из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, блок определения интервала времени между моментом времени формирования магнитоупругого эффекта и моментом времени формирования пьезоэлектрического эффекта, блок определения уровня и задатчик скорости звука в звукопроводе (патент РФ №2222786, G01F 23/28, БИ №3, 2004 г.).A level gauge is also known, which contains a sensing element made in the form of a cylindrical shell, inside of which there is a sound duct made of magnetostrictive material placed in a dielectric tube, a winding wound on a dielectric tube, and a piezoelectric receiver, as well as a float with a magnetic unit of several permanent magnets, which has the ability displacements along the insulating sheath, an electric pulse generator, a level determination unit, a digital pulse generator from converted electric oscillations from the piezoelectric receiver, the unit for determining the time interval between the time of the formation of the magnetoelastic effect and the time of the formation of the piezoelectric effect, the unit for determining the level and the speed of sound in the sound pipe (RF patent No. 2222786, G01F 23/28, BI No. 3, 2004) .

Данный магнитострикционный уровнемер существенно отличается от предыдущих аналогов тем, что его работа основана на прямом пьезоэлектрическом эффекте. Т.е. в нем пьезоэлемент используется в качестве приемника ультразвуковых волн и датчика импульсов, а ультразвуковые волны создает обмотка. Это позволило отказаться от высоковольтного генератора, который в известных аналогах используется для возбуждения пьезоэлемента, и повысить искробезопасность устройства. Последнее особенно важно при использования уровнемера для контроля уровней горючих и взрывоопасных сред, например, нефти в нефтехранилищах.This magnetostrictive level gauge differs significantly from previous analogues in that its operation is based on the direct piezoelectric effect. Those. in it, the piezoelectric element is used as a receiver of ultrasonic waves and a pulse sensor, and the winding creates the ultrasonic waves. This made it possible to abandon the high-voltage generator, which in known analogues is used to excite the piezoelectric element, and to increase the intrinsic safety of the device. The latter is especially important when using a level gauge to control the levels of combustible and explosive atmospheres, for example, oil in oil storage facilities.

Кроме того, использование пьезоэлемента в качестве приемника ультразвуковых волн значительно улучшает форму сигналов на входе усилителя т.к. пьезоэлемент, обладая преимущественно емкостным импедансом, не способствует возникновению колебательных процессов.In addition, the use of a piezoelectric element as a receiver of ultrasonic waves significantly improves the shape of the signals at the input of the amplifier since a piezoelectric element, possessing mainly capacitive impedance, does not contribute to the occurrence of oscillatory processes.

Достоинство уровнемера по сравнению с предыдущими аналогоми состоит также в использовании только одного магнитного блока, что существенно упрощает конструкцию устройства.The advantage of the level gauge in comparison with the previous analogs is also the use of only one magnetic unit, which greatly simplifies the design of the device.

Однако известный магнитострикционный уровнемер имеет практически тот же, что и у предыдущего аналога, существенный недостаток, который заключается в использовании при определении измеряемого уровня фиксированного паспортного значения длины звукопровода, которое практически отличается от реального значения. При этом текущие изменения длины звукопровода не отслеживаются и точность измерения уровня значительно снижается.However, the known magnetostrictive level gauge has almost the same as the previous analogue, a significant drawback, which lies in the use of a fixed passport value of the length of the sound duct when determining the measured level, which is practically different from the real value. At the same time, current changes in the length of the sound duct are not monitored and the accuracy of level measurement is significantly reduced.

Кроме этого, в этом уровнемере значение скорости распространения ультразвуковых волн устанавливается в специальном задатчике скорости, применение которого значительно усложняет конструкцию уровнемера. При этом не учитывается изменение скорости под воздействием температуры и времени, что также приводит к значительному снижению точности измерения уровня.In addition, in this level gauge the value of the speed of propagation of ultrasonic waves is set in a special speed controller, the use of which greatly complicates the design of the level gauge. In this case, the change in speed under the influence of temperature and time is not taken into account, which also leads to a significant decrease in the accuracy of level measurement.

Таким образом, основным существенным недостатком известного магнитострикционного уровнемера является зависимость результата измерения уровня от изменения температуры.Thus, the main significant disadvantage of the known magnetostrictive level gauge is the dependence of the level measurement on temperature changes.

Наиболее близким по существенным техническим признакам к предлагаемой модели является уровнемер, которых принят в качестве прототипа и содержит цилиндрическую изолирующую оболочку, внутри которой расположены изготовленный из магнитострикционного материала и помещенный в диэлектрическую трубку звукопровод, намотанную на диэлектрическую трубку обмотку возбуждения, пьезоприемник, поплавок с магнитным блоком из нескольких постоянных магнитов, размещенных вокруг изолирующей оболочки с возможностью перемещения вдоль нее, генератор, подключенный первым и вторым выходами к обмотке возбуждения, формирователь цифровых импульсов, подключенный к выходам пьезоприемника, блок определения интервалов времени, подключенный входами к выходам генератора и формирователя цифровых импульсов, блок определения уровня, а также дополнительную обмотку, намотанную на диэлектрическую трубку, и неподвижный постоянный магнит, охватывающий витки дополнительной обмотки, при этом генератор снабжен третьим и четвертым выходами, подключенными к дополнительной обмотке (патент РФ на полезную модель №189910, G01F 23/28, БИ №17, 2019 г.).The closest in essential technical features to the proposed model is a level gauge, which is adopted as a prototype and contains a cylindrical insulating shell, inside which are located a sound pipe made of a magnetostrictive material and placed in a dielectric tube, an excitation winding wound on a dielectric tube, a piezoelectric receiver, a float with a magnetic block of several permanent magnets placed around an insulating shell with the possibility of movement along it, a generator, connected to the field winding by the first and second outputs, a digital pulse shaper connected to the outputs of the piezoelectric receiver, a time interval determination unit connected by inputs to the outputs of a digital pulse generator and a shaper, a level determination unit, as well as an additional winding wound on a dielectric tube, and a fixed constant a magnet covering the turns of the additional winding, while the generator is equipped with third and fourth outputs connected to the additional winding (RF patent for useful Model No. 189910, G01F 23/28, BI No. 17, 2019).

Существенным отличием предлагаемого уровнемера от известных устройств является использование дополнительной обмотки, которая посредством постоянного магнита формирует в звукопроводе ультразвуковую волну для создания соответствующего опорного сигнала, отслеживающего температурные изменения параметров звукопровода. Аналогичная дополнительная обмотка применяется в описанном выше ультразвуковом уровнемере (патент РФ №2064666, G01F 23/28, БИ №21, 1996 г.). Однако в нем она обладает иными свойствами, т.к. выполняет функцию датчика сигнала при похождении ультразвуковой волны по участку звукопровода, намагниченного постоянным магнитом, и соответственно подключается к усилителю сигналов, а не к генератору.A significant difference between the proposed level gauge and the known devices is the use of an additional winding, which, through a permanent magnet, generates an ultrasonic wave in the sound pipe to create an appropriate reference signal that monitors temperature changes in the sound pipe parameters. A similar additional winding is used in the ultrasonic level transmitter described above (RF patent No. 2064666, G01F 23/28, BI No. 21, 1996). However, in it it has other properties, because performs the function of a signal sensor when an ultrasonic wave travels along a section of a sound duct magnetized by a permanent magnet, and, accordingly, is connected to a signal amplifier, and not to a generator.

Благодаря формированию и использованию при вычислении уровня значения опорного сигнала в уровнемере-прототипе устраняется температурная погрешность, и он имеет более высокую точность по сравнению с известными устройствами.Due to the formation and use in calculating the level of the value of the reference signal in the level gauge prototype, the temperature error is eliminated, and it has a higher accuracy compared to known devices.

Однако это достоинство достигается за счет применения дополнительной обмотки и связанного с ней постоянного магнита, которые значительно усложняют устройство и снижают его технологичность.However, this advantage is achieved through the use of an additional winding and the associated permanent magnet, which greatly complicate the device and reduce its manufacturability.

В связи с этим предлагаемая полезная модель решает задачу повышения технологичности уровнемера за счет упрощения его конструкции при сохранении всех достоинств, присущих уровнемеру-прототипу.In this regard, the proposed utility model solves the problem of improving the manufacturability of the level gauge by simplifying its design while maintaining all the advantages inherent in the level gauge prototype.

Практическими результатами применения предлагаемой модели являются уменьшение габаритов электронной части уровнемера, повышение его экономичности и снижение стоимости.The practical results of applying the proposed model are to reduce the dimensions of the electronic part of the level gauge, increase its efficiency and reduce cost.

Решение указанной задачи достигается тем, что в уровнемере, содержащий цилиндрическую изолирующую оболочку, внутри которой расположены изготовленный из магнитострикционного материала и помещенный в диэлектрическую трубку звукопровод, намотанную на диэлектрическую трубку обмотку возбуждения, пьезоприемник, поплавок с магнитным блоком, имеющий возможность перемещения вдоль изолирующей оболочки, генератор, имеющий пять выходов и подключенный первым и вторым выходами к обмотке возбуждения, формирователь цифровых импульсов, подключенный к выходам пьезоприемника, блок определения интервалов времени, подключенный первым и вторым входами соответственно к пятому выходу генератора и выходу формирователя цифровых импульсов, а также блок определения уровня, третий и четвертый выходы генератора подключены к выходам пьезоприемника.The solution of this problem is achieved by the fact that in the level gauge containing a cylindrical insulating shell, inside of which are located a sound conductor made of magnetostrictive material and placed in a dielectric tube, an excitation winding wound on the dielectric tube, a piezo receiver, a float with a magnetic block that can be moved along the insulating shell, a generator having five outputs and connected by the first and second outputs to the field winding, a digital pulse shaper, is connected th to the outputs of the piezoelectric unit determining the time intervals, connected first and second inputs respectively to the fifth output of the generator and the output of the digital pulse, and the level determination unit, third and fourth outputs of the generator are connected to the outputs of the piezoelectric.

В предлагаемом уровнемере пьезоприемник, подключенный к третьему и четвертому выходам генератора, как и в известных устройствах, используется для создания ультразвуковых волн в звукопроводе. Однако создаваемые при этом ультразвуковые волны имеют низкий уровень и используются не для формирования сигналов в обмотках, а только для тестирования (прозвонки) волновода с целью получения опорного сигнала для температурной коррекции измерительной информации. Пьезоприемник выполняет здесь ту же функцию, что и дополнительная обмотка в прототипе. Т.е. в предлагаемом уровнемере, как и в прототипе, учитывается влияние температуры, но достигается это только за счет расширения функций уже имеющегося в составе уровнемера пьезоприемника, т.е. более простым путем, который обуславливает существенное отличие уровнемера от известных устройств и обеспечивает значительное упрощение конструкции уровнемера и повышение его технологичности.In the proposed level gauge, a piezoelectric receiver connected to the third and fourth outputs of the generator, as in known devices, is used to create ultrasonic waves in the sound duct. However, the ultrasonic waves created in this case are low and are not used to generate signals in the windings, but only for testing (continuity) of the waveguide in order to obtain a reference signal for temperature correction of the measurement information. The piezoelectric receiver performs the same function here as the additional winding in the prototype. Those. in the proposed level gauge, as in the prototype, the influence of temperature is taken into account, but this is achieved only by expanding the functions of the piezoelectric receiver already in the level gauge, i.e. in a simpler way, which leads to a significant difference between the level gauge and the known devices and provides a significant simplification of the level gauge design and increase its manufacturability.

Таким образом, предлагаемый уровнемер обладает свойствами, отсутствующими у известных аналогов, и в связи с этим обладает элементами новизны.Thus, the proposed level gauge has properties that are absent from known analogues, and therefore has novelty elements.

На фиг. 1 представлена структурная схема уровнемера.In FIG. 1 shows a block diagram of a level gauge.

Уровнемер включает в себя цилиндрическую изолирующую оболочку 1, внутри которой находятся помещенный в диэлектрическую трубку 2 звукопровод 3 из магнитострикционного материала, обмотку возбуждения 4, намотанную на диэлектрическую трубку 2, пьезоприемник 5, поплавок 6 с магнитным блоком 7, генератор электрических импульсов 8, подключенный выходами «1» и «2» к обмотке возбуждения 4, а выходами «3» и «4» - к выводам пьезоприемника 5, формирователь цифровых импульсов 9, подключенный к выводам пьезоприемника 5, а также блок определения интервалов времени 10, подключенный первым входом «1» к выходу «5» генератора 8, вторым входом «2» - выходу формирователя цифровых импульсов 9, а выходом - ко входу блока определения уровня 11.The level gauge includes a cylindrical insulating shell 1, inside of which there is a sound duct 3 made of magnetostrictive material placed in a dielectric tube 2, an excitation winding 4, wound on a dielectric tube 2, a piezo receiver 5, a float 6 with a magnetic block 7, an electric pulse generator 8 connected by outputs “1” and “2” to the excitation winding 4, and outputs “3” and “4” to the terminals of the piezo receiver 5, a digital pulse shaper 9 connected to the terminals of the piezo receiver 5, and also a time interval determination unit tim 10, a first input connected to "1" to the output "5" of the generator 8, the second input of "2" - output digital pulse shaper 9 and the output - to the input of the level detection unit 11.

Уровнемер работает следующим образом. Генератор 8 подает в обмотку возбуждения 4 импульсы тока. В результате взаимодействия магнитных полей этих импульсов тока с магнитным полем магнитного блока 7 в звукопроводе 3 формируются ультразвуковые импульсы, которые распространяются по волноводу в виде упругих продольных волн. Фронты этих волн достигают пьезоприемника 5 за времяThe level gauge works as follows. The generator 8 delivers current pulses into the excitation winding 4. As a result of the interaction of the magnetic fields of these current pulses with the magnetic field of the magnetic unit 7, ultrasonic pulses are formed in the sound duct 3, which propagate along the waveguide in the form of elastic longitudinal waves. The fronts of these waves reach the piezo receiver 5 in time

где h - расстояние от верхнего торца волновода до середины участка, намагниченного магнитным блоком 7, v - скорость распространения упругих волн в волноводе. Пьезоприемник 5 вырабатывает электрические импульсы, которые поступают на вход формирователь цифровых импульсов 9, где из них формируются импульсы, совместимые по уровню с сигналами цифровых микросхем. Блок определения интервалов времени 10, используя импульсы, поступающие на его второй вход «1» с выхода «5» генератора 8 и вырабатываемые одновременно с импульсами тока в обмотке 4, а также импульсы, поступающие на его вход «2» с выхода формирователя цифровых импульсов 9, формирует на своем выходе последовательность импульсов с длительностью τ₁=t₁.where h is the distance from the upper end of the waveguide to the middle of the section magnetized by the magnetic block 7, v is the propagation velocity of elastic waves in the waveguide. The piezoelectric receiver 5 generates electrical pulses that are fed to the input of a digital pulse shaper 9, where pulses are generated from them that are compatible in level with the signals of the digital microcircuits. The unit for determining the time intervals 10 using pulses arriving at its second input “1” from the output “5” of the generator 8 and generated simultaneously with the current pulses in the winding 4, as well as pulses arriving at its input “2” from the output of the digital pulse generator 9, generates at its output a sequence of pulses with a duration of τ ₁ = t ₁ .

В паузах между импульсами, подаваемыми на обмотку возбуждения 4, генератор 8 вырабатывает электрические импульсы, которые с его выходов «3» и «4» подаются на пьезоприемник 5, который за счет обратного пьезоэффекта активирует в звукопроводе 3 ультразвуковые волны, равные по величине волнам, создаваемым обмоткой возбуждения 4. Эти волны проходят до нижнего торца звукопровода 3, и отразившись от него, возвращаются к пьезоприемнику 5 за времяIn the pauses between the pulses supplied to the excitation winding 4, the generator 8 generates electric pulses, which from its outputs "3" and "4" are fed to the piezo receiver 5, which, due to the inverse piezoelectric effect, activates ultrasonic waves in the sound pipe 3, equal in magnitude to the waves, created by the excitation winding 4. These waves propagate to the lower end of the sound duct 3, and reflected from it, return to the piezoelectric receiver 5 in time

где L - длина звукопропода 3. За счет прямого пьезоэлектрического эффекта они формируют в пьезоприемнике 5 электрические импульсы, которые подаются на вход формирователь цифровых импульсов 9. Блок определения интервалов времени 10, используя импульсы, поступающие на его вход «1» от генератора 8 и вырабатываемые одновременно с импульсами на выходах «3» и «4» генератора, а также импульсы, поступающие на его вход «2» с выхода формирователя цифровых импульсов 9, вырабатывают на своем выходе соответствующую последовательность импульсов с длительностью τ₂=t₂.where L is the length of the sound track 3. Due to the direct piezoelectric effect, they form electrical pulses in the piezoelectric receiver 5, which are fed to the input of the digital pulse shaper 9. The unit for determining the time intervals 10, using the pulses supplied to its input “1” from the generator 8 and generated simultaneously with the pulses at the outputs "3" and "4" of the generator, as well as the pulses arriving at its input "2" from the output of the shaper of digital pulses 9, produce at their output the corresponding sequence of pulses with a duration Stu τ ₂ = t _2.

Прямоугольные импульсы с длительностями τ₁ и τ₂, снимаемые с выхода блока определения интервалов времени 10, поступают на вход блока определения уровня 11.Rectangular pulses with durations of τ ₁ and τ ₂ , taken from the output of the unit for determining time intervals 10, are input to the unit for determining the level 11.

Перед началом работы уровнемера в память блока определения уровня 11 вводится значение расстояния от верхнего торца волновода 3 до дна резервуара с жидкостью Н (Фиг. 1), а также измеренное при фиксированной температуре t° значение временного интервала τ₂(t°), определяемого скоростью распространения ультразвуковых волн в волноводе v(t°).Before the level gauge starts working, the value of the distance from the upper end of the waveguide 3 to the bottom of the reservoir with liquid H is entered into the memory of the level 11 detection unit (Fig. 1), as well as the value of the time interval τ ₂ (t °) measured at a fixed temperature, determined by the speed propagation of ultrasonic waves in the waveguide v (t °).

В процессе работы блока 11 вычисляется коэффициентIn the process of operation of block 11, the coefficient is calculated

значение которого равно значению скорости распространения ультразвуковых волн в звукопроводе 3 при текущей температуре - whose value is equal to the value of the velocity of propagation of ultrasonic waves in the sound pipe 3 at the current temperature -

Этот коэффициент отслеживает температурные изменения параметров звукопровода 3 и используется для вычисления измеряемого уровня жидкости по формулеThis coefficient monitors the temperature changes in the parameters of the sound duct 3 and is used to calculate the measured liquid level by the formula

где величина Kτ₁, определяющая измеряемый уровень, принципиально не зависит от температуры окружающей среды. Вследствие этого результат измерения уровня также не зависит от температуры и соответствующая погрешность измерения отсутствует.where the value Kτ ₁ , which determines the measured level, is fundamentally independent of the ambient temperature. As a result of this, the level measurement result is also temperature independent and there is no corresponding measurement error.

Таким образом, пьезоприемник 5 используется в предлагаемом уровнемере не только для приема и преобразования ультразвуковых волн, но и в качестве элемента, создающего опорный сигнал, отслеживающий изменение температуры. Совмещение этих функций пьезоприемника позволило при сохранении высокой точности измерений значительно упростить конструкцию уровнемера и тем самым значительно повысить его технологичность.Thus, the piezoelectric receiver 5 is used in the proposed level gauge not only for receiving and converting ultrasonic waves, but also as an element that creates a reference signal that tracks temperature changes. The combination of these functions of the piezoelectric receiver made it possible, while maintaining high measurement accuracy, to significantly simplify the design of the level gauge and thereby significantly increase its manufacturability.

Claims

A level gauge containing a cylindrical insulating shell, inside of which are located a sound conductor made of magnetostrictive material and placed in a dielectric tube, an excitation coil wound on a dielectric tube, a piezo receiver, a float with a magnetic block that can be moved along the insulating shell, a generator having five outputs and connected first and second outputs to the field winding, a digital pulse shaper connected to the outputs of the piezoelectric receiver, an in time intervals connected by inputs to the fifth output of the generator and the output of the digital pulse generator, as well as a level determination unit connected to the output of the time interval determination unit, characterized in that the third and fourth outputs of the generator are connected thereto to the outputs of the piezoelectric receiver.