RU2047844C1

RU2047844C1 - Method of inspection of level of media in tank and device for its implementation

Info

Publication number: RU2047844C1
Application number: RU92014819A
Authority: RU
Inventors: Е.Б. Сафьяник; А.М. Головачев; Е.С. Бесяков; А.В. Крюков; В.Е. Баранов; А.С. Дутов; Е.А. Кернер
Original assignee: Научно-исследовательский институт "Экран", г.Самара
Priority date: 1992-12-28
Filing date: 1992-12-28
Publication date: 1995-11-10

Abstract

FIELD: nondestructive material testing. SUBSTANCE: ultrasonic oscillations are emitted through wall into tank by lower converter and after reflection from opposite wall they are received by n converters, including lower one mounted along tank wall and connected in sequence after each due sounding pulse to common receiver. Analog signals from all converters are summed up to form output signal proportional to level of immersion of substance. At same time signal from each converter is compared with its threshold value to form discrete value of immersion of substance of specified density. Effects of interference are removed by time gating of received signals after multiple reflection from tank walls. Device for implementation of method has n piezoconverters 1 (lower one is receiving-and-transmitting converter, the rest are receiving converters), ultrasonic frequency generator 2, input multiplexer 3, amplifier 4, time selector 5, amplitude detector 6, output multiplexer 7, peak detectors 8, adders 10, reference voltage sources 11, indicators 12 of discrete values of levels, level indicator 13, timer 14. EFFECT: enhanced operational reliability of method. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может применяться при автоматизации технологических процессов, в которых необходимо слежение за уровнем погружения в воду массы твердого вещества. Например, слежение за уровнем погружения в воду массы крошки синтетического каучука в виде пульпы, поступающей с целью промывки крошки и последующего выделения ее из воды и сушки. The invention relates to instrumentation and can be used in the automation of technological processes in which it is necessary to monitor the level of immersion of a mass of solid matter in water. For example, monitoring the level of immersion in water of a mass of synthetic rubber crumbs in the form of pulp, which is supplied with the purpose of washing the crumb and its subsequent isolation from water and drying.

Известны способ и устройство контроля уровня сред [1] где в стенке резервуара возбуждают колебания, принимают эти колебания выше места возбуждения и сравнивают с дополнительными колебаниями, прошедшими через резервуар. По разности амплитуд этих сигналов определяют вид среды воздух, жидкость или жидкость с твердой фазой. A known method and device for controlling the level of media [1] where oscillations are excited in the tank wall, take these vibrations above the excitation point and compared with additional vibrations that have passed through the reservoir. The difference in the amplitudes of these signals determines the type of medium air, liquid or liquid with a solid phase.

Недостатком указанных способа и устройства является то, что результат измерений не зависит от плотности среды, т.е. можно только классифицировать наличие той или иной среды в пределах дозировочной емкости. The disadvantage of these methods and devices is that the measurement result does not depend on the density of the medium, i.e. it is only possible to classify the presence of a particular medium within the dosage container.

Наиболее близким техническим решением является способ, реализованный в [2] Здесь используется отраженный от противоположной стенки резервуара сигнал, который индицируется в расчетный момент времени. The closest technical solution is the method implemented in [2]. Here, a signal reflected from the opposite wall of the tank is used, which is displayed at the calculated time.

Устройство [2] содержит приемно-передающий преобразователь, установленный на внешней стенке резервуара, усилитель, вход которого подключен к преобразователю и к выходу генератора, управляющий вход которого подключен к первому выходу таймера, а второй и третий выход таймера управляют соответственно первым и вторым временным селекторами, при этом селектор входом подключен к выходу усилителя, а выходом к R-входу вспомогательного триггера и S-входу основного триггера, S-вход вспомогательного триггера соединен с первым выходом таймера, а выход вспомогательного триггера через второй временной селектор соединен с R-входом основного триггера, выход которого подключен к системе индикации. The device [2] contains a transceiver mounted on the outer wall of the tank, an amplifier, the input of which is connected to the converter and to the output of the generator, the control input of which is connected to the first output of the timer, and the second and third output of the timer control the first and second time selectors, respectively while the selector is connected by an input to the amplifier output, and by an output to the R-input of the auxiliary trigger and the S-input of the main trigger, the S-input of the auxiliary trigger is connected to the first output of the timer, and the output via a second auxiliary trigger time selector connected to R-input of the main trigger whose output is connected to the display system.

На первом выходе таймера формируются импульсы синхронизации, запускающие генератор ударного возбуждения. At the first output of the timer, synchronization pulses are generated that trigger the shock excitation generator.

Сигнал с выхода приемно-передающего преобразователя усиливается усилителем. Достижение жидкостью заданного уровня определяется появлением отраженного от противоположной стенки резервуара импульса в расчетной зоне контроля. Этот импульс вместе с импульсами зондирования и реверберации поступает на первый временной селектор, управляемый в расчетный момент времени строб-импульсами от таймера. В результате импульсы первого отражения, пройдя временной селектор, сбрасывают вспомогательный триггер, предварительно установленный импульсами синхронизации, и одновременно взводят основной триггер, на выходе которого появляется уровень индикации. The signal from the output of the transceiver is amplified by an amplifier. The achievement of a predetermined level by the liquid is determined by the appearance of an impulse reflected from the opposite wall of the reservoir in the calculated control zone. This pulse, together with the sounding and reverberation pulses, is fed to the first time selector, controlled by strobe pulses from the timer at the calculated time instant. As a result, the pulses of the first reflection, having passed the time selector, reset the auxiliary trigger, previously set by the synchronization pulses, and simultaneously cock the main trigger, at the output of which an indication level appears.

В случае, когда уровень жидкости опускается ниже заданной точки, ультразвуковые импульсы не достигают противоположной стенки. При этом отсутствуют импульсы, сбрасывающие вспомогательный триггер и устанавливающий основной. В результате на вход второго селектора поступает положительный уровень от вспомогательного триггера и импульсы с третьего выхода таймера, пройдя через второй селектор, опрокидывают основной триггер, на выходе которого оказывается нулевой уровень, соответствующий снижению контролируемого уровня жидкости ниже заданной точки. In the case when the liquid level drops below a predetermined point, the ultrasonic pulses do not reach the opposite wall. In this case, there are no pulses that reset the auxiliary trigger and sets the main one. As a result, the input of the second selector receives a positive level from the auxiliary trigger and the pulses from the third timer output, passing through the second selector, overturn the main trigger, at the output of which there is a zero level corresponding to a decrease in the controlled liquid level below a given point.

Недостатком прототипа является невозможность его использования в качестве не только сигнализатора, но и измерителя уровня. Кроме того, он позволяет фиксировать только один вид среды жидкость. The disadvantage of the prototype is the impossibility of its use as not only a signaling device, but also a level meter. In addition, it allows you to record only one type of fluid.

В целом ряде технологических процессов требуется фиксировать изменение уровня твердого вещества в жидкости (например, уровень крошки каучука в воде) в пределах значительного участка (несколько метров) вдоль стенки резервуара. Это и обеспечивает предлагаемое изобретение. In a number of technological processes, it is required to record a change in the level of a solid substance in a liquid (for example, the level of rubber crumb in water) within a significant area (several meters) along the tank wall. This provides the invention.

Указанный технический результат достигается в предлагаемом способе тем, что в известном способе, заключающемся в том, что в стенке резервуаре возбуждают колебания, принимают отраженные от противоположной стенки сигнала и фиксируют их в расчетный момент времени, используют несколько пьезопреобразователей, установленных вдоль стенки резервуара, при этом излучение осуществляют с помощью генератора ультразвуковой частоты через нижний преобразователь, установленный на нижней границе измеряемого уровня, а прием осуществляют n преобразователями, включая и нижний, отключаемыми последовательно после каждого очередного зондирующего импульса к общему приемному устройству. Выходной сигнал фиксируют как сумму аналоговых сигналов от всех преобразователей. Одновременно аналоговый сигнал от каждого преобразователя сравнивается со своим пороговым уровнем, тем самым фиксируют дискретные уровни погружения вещества заданной плотности. Для снижения влияния помеховых сигналов, пришедших по стенке, используют стробирование только после многократного отражения от противоположных стенок, так как такой сигнал попадает в приемник значительно позже, чем пришедший по стенке резервуара. The specified technical result is achieved in the proposed method by the fact that in the known method, which consists in the fact that oscillations are excited in the tank wall, the signals reflected from the opposite wall are received and fixed at the calculated time, several piezoelectric transducers installed along the tank wall are used, radiation is carried out using an ultrasonic frequency generator through a lower transducer mounted on the lower boundary of the measured level, and n transducers carry out the reception telyami, including lower disables sequentially after each subsequent sounding pulse to the common receiving device. The output signal is recorded as the sum of the analog signals from all converters. At the same time, the analog signal from each converter is compared with its threshold level, thereby recording discrete levels of immersion of a substance of a given density. To reduce the influence of interfering signals arriving along the wall, gating is used only after repeated reflection from opposite walls, since such a signal arrives at the receiver much later than the one arriving along the wall of the tank.

Указанный технический результат достигается в предлагаемом устройстве тем, что в устройство, содержащее приемно-передающий преобразователь и подключенный к нему генератор, усилитель, вход которого связан с приемно-передающим преобразователем, а выход подключен к временному селектору, таймер, первый выход которого подключен к управляющему входу генератора для обеспечения его модуляции, а второй выход подключен к управляющему входу временного селектора, введены n-1 приемных преобразователей, входной и выходной мультиплексоры, амплитудный и n пиковых детекторов, n компараторов, сумматор, индикатор уровня, n индикаторов дискретных значений уровня и n источников опорного напряжения, причем n-1 приемных преобразователей вместе с приемно-передающим преобразователем подключены через входной мультиплексор ко входу усилителя, а выход временного селектора через амплитудный детектор подсоединен к выходному мультиплексору, n выходов которого через пиковые детекторы подключены к сумматору, который подключен к индикатору уровня, одновременно выходы пиковых детекторов соединены с сигнальными входами компараторов, опорные входы которых соединены с источниками опорных напряжений, а выходы компараторов подведены к индикаторам дискретных значений уровней, при этом для управления мультиплексорами используют к дополнительных выходов таймера (2^к-n), а в качестве генератора применен генератор ультразвуковой частоты.The specified technical result is achieved in the proposed device by the fact that in the device containing the transceiver and the converter connected to it, an amplifier, the input of which is connected to the transceiver, and the output is connected to a temporary selector, a timer, the first output of which is connected to the control the generator input to ensure its modulation, and the second output is connected to the control input of the temporary selector, n-1 receiving converters, input and output multiplexers, amplitude nth and n peak detectors, n comparators, adder, level indicator, n indicators of discrete level values and n sources of reference voltage, and n-1 receiving converters together with a receiving and transmitting converter are connected through the input multiplexer to the input of the amplifier, and the output of the temporary selector is the amplitude detector is connected to the output multiplexer, n outputs of which through the peak detectors are connected to the adder, which is connected to the level indicator, while the outputs of the peak detectors are connected to signal inputs of comparators, the reference inputs of which are connected to sources of reference voltages, and the outputs of the comparators are connected to indicators of discrete level values, while to control the multiplexers they use additional timer outputs (2 ^to -n), and an ultrasonic frequency generator is used as a generator.

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ, на фиг. 2 эпюры, поясняющие работу устройства и предлагаемый способ. In FIG. 1 shows a block diagram of a device that implements the proposed method, FIG. 2 diagrams explaining the operation of the device and the proposed method.

Устройство содержит n пьезопреобразователей 1 (из них нижний приемно-передающий, остальные приемные), генератор 2 ультразвуковой частоты, входной мультиплексор 3, усилитель 4, временной селектор 5, амплитудный детектор 6, выходной мультиплексор 7, пиковые детекторы 8, сумматор 9, компараторы 10, источники опорных напряжений 11, индикаторы дискретных значений уровней 12, индикатор уровня 13, таймер 14. The device contains n piezoelectric transducers 1 (the lower receiving and transmitting, the rest receiving), an ultrasonic frequency generator 2, an input multiplexer 3, an amplifier 4, a time selector 5, an amplitude detector 6, an output multiplexer 7, peak detectors 8, an adder 9, comparators 10 , sources of reference voltages 11, indicators of discrete values of levels 12, indicator of level 13, timer 14.

На фиг. 2, а представлены модулирующие импульсы таймера, 2,б зондирующий, помеховые и отраженные импульсы на выходе входного мультиплексора, 2,в стробирующие импульсы на выходе таймера, 2,г сигнал на выходе амплитудного детектора, 2,д,е,ж сигнал на выходе пиковых детекторов. In FIG. 2a, modulating timer pulses are presented; 2b probing, interfering and reflected pulses at the output of the input multiplexer; 2, gating pulses at the output of the timer; 2, d signal at the output of the amplitude detector; 2, d, f, f signal at the output peak detectors.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

На первом выходе таймера 14 формируются импульсы (фиг. 2,а), которыми модулируется генератор 2 ультразвуковой частоты. В результате первый пьезопреобразователь излучает через стенку в резервуар ультразвуковые колебания, которые проходят через среду, отражаются от противоположной стенки и попадают как на первый, так и на остальные n-1 преобразователей 1, подключенных к входному мультиплексору 3. На выходе мультиплексора 3 наряду с полезным (отраженным от противоположной стенки) сигналом будут находиться и помеховые (пришедшие по стенке) см. фиг. 2,б. Кроме того, по каналу первого пьезопреобразователя на выход мультиплексора 3 проникает и сам зондирующий сигнал (фиг. 2,б). Входной мультиплексор 3 управляется кодированным сигналом, поступающим параллельным двоичным кодом с к выходов таймера 14 (2^к n) и обеспечивающим последовательное подключение усилителя 4 ко всем n преобразователям. Этот код изменяется с каждым зондирующим импульсом. В результате усилитель 4, стоящий на выходе мультиплексора 3, с каждым зондирующим импульсом подключается к очередному преобразователю (см. циклы 1-го, 2-го.n-го преобразователей на фиг. 2,б). Сигнал с выхода усилителя 4 проходит через временный селектор 5 только в момент поступления стробирующего импульса от таймера 14 (фиг. 2,в). Стробирование обеспечивает прохождение отраженного сигнала только после многократного отражения от противоположной стенки.At the first output of the timer 14, pulses are formed (Fig. 2, a), which modulate the ultrasonic frequency generator 2. As a result, the first piezoelectric transducer emits through the wall into the reservoir ultrasonic vibrations that pass through the medium, are reflected from the opposite wall and fall on both the first and the remaining n-1 transducers 1 connected to the input multiplexer 3. At the output of the multiplexer 3, along with the useful (reflected from the opposite wall) signal will also be interfering (arriving along the wall), see FIG. 2, b. In addition, the probe signal itself penetrates the channel of the first piezoelectric transducer 3 to the output of the multiplexer 3 (Fig. 2, b). The input multiplexer 3 is controlled by a coded signal arriving in parallel binary code with the outputs of the timer 14 (2 ^to n) and providing a serial connection of the amplifier 4 to all n converters. This code changes with each probe pulse. As a result, the amplifier 4, standing at the output of the multiplexer 3, is connected to the next converter with each probe pulse (see the cycles of the 1st, 2nd.nth converters in Fig. 2, b). The signal from the output of amplifier 4 passes through a temporary selector 5 only at the moment of arrival of the gate pulse from timer 14 (Fig. 2, c). Gating ensures the passage of the reflected signal only after repeated reflection from the opposite wall.

На фиг. 2,в стробируется 2-й отраженный импульс. Практически можно подвести строб под любой отраженный импульс. Это позволяет устранить воздействие помехового сигнала, приходящего по стенке, и зондирующего импульса, проникающего по каналу первого преобразователя. После детектирования в амплитудном детекторе 6 (фиг. 2,г) сигнал поступает на выходной мультиплексор 7, на n выходах которого установлено n пиковых детекторов 8, уровни сигналов на выходе которых (фиг. 2,д,е,ж) пропорциональны амплитуде импульсов (фиг. 2,г). При этом постоянная времени цепи разряда пиковых детекторов выбирается более или, равной времени "просмотра" всех преобразователей τ= nt_ц, где t_ц цикл работы одного преобразователя. Практически t_ц равно единицам мс. С выхода пиковых детекторов 8 сигнал поступает на n компараторов 10, обеспечивающих фиксирование n уровней сигналов. При этом с помощью источников опорного напряжения 11 можно фиксировать уровни сигналов, прошедших через среду заданной плотности или с заданным ослаблением. Фиксирование обеспечивается с помощью индикаторов 12 (светодиоды и пр.). Одновременно сигналы с выхода пиковых детекторов 8 поступают на сумматор 9 и далее аналоговый сигнал, пропорциональный глубине погружения твердого вещества в жидкость и плотности этого вещества поступает на индикатор 13 (самописец, шлейф-осциллограф, магнитофон и пр.). Предварительно индикатор калибруется под заданную плотность вещества.In FIG. 2, the 2nd reflected pulse is gated. In practice, you can bring the strobe under any reflected pulse. This makes it possible to eliminate the effect of an interfering signal arriving along the wall and a probe pulse penetrating the channel of the first transducer. After detection in the amplitude detector 6 (Fig. 2d), the signal is fed to the output multiplexer 7, at the n outputs of which there are n peak detectors 8, the signal levels at the output of which (Fig. 2, e, f, g) are proportional to the pulse amplitude ( Fig. 2, d). In this case, the time constant of the discharge circuit of the peak detectors is chosen to be greater than or equal to the time of "viewing" of all converters τ = nt _c , where t _{c is the} cycle of operation of one converter. Practically t _c is equal to units of ms. From the output of the peak detectors 8, the signal is supplied to n comparators 10, which ensure the fixation of n signal levels. Moreover, using the sources of the reference voltage 11, it is possible to fix the levels of signals that have passed through a medium of a given density or with a given attenuation. Fixing is provided using indicators 12 (LEDs, etc.). At the same time, the signals from the output of the peak detectors 8 are fed to the adder 9 and then an analog signal proportional to the depth of immersion of the solid substance in the liquid and the density of this substance goes to indicator 13 (recorder, loop-oscilloscope, tape recorder, etc.). Previously, the indicator is calibrated for a given substance density.

Таким образом, с помощью индикаторов 12 возможна сигнализация наличия вещества заданной плотности на уровне установки соответствующих преобразователей 1, что обеспечивается выбором порога срабатывания компараторов 10, а с помощью индикатора 13 возможна фиксация на самописце изменения уровня этого вещества вдоль стенки резервуара. Thus, with the help of indicators 12, it is possible to signal the presence of a substance of a given density at the installation level of the corresponding converters 1, which is ensured by the choice of the response threshold of the comparators 10, and using the indicator 13, it is possible to fix on the recorder changes in the level of this substance along the tank wall.

Экспериментальный образец устройства опробован на концентраторе типа ЛК-2 производственного объединения "Синтезкаучук" г. Тольятти. Работа устройства обеспечивает соблюдение параметров технологического процесса, устраняет возможность появления аварийной обстановки при увеличении уровня и плотности крышки каучука выше нормы и позволяет автоматизировать технологический процесс, что снижает затраты на производство каучука. An experimental sample of the device was tested on a concentrator of the LK-2 type of the Sintezkauchuk production association in Togliatti. The operation of the device ensures compliance with the parameters of the process, eliminates the possibility of an emergency situation when the level and density of the rubber cap increases above the norm and allows you to automate the process, which reduces the cost of rubber production.

Работа образца показала, что предлагаемые способ и устройство обеспечивают получение требуемого технического результата. Предлагaемый способ позволяет создать различные сигнализаторы уровня и в других отраслях народного хозяйства, где в технологических процессах происходит изменение уровня и плотности твердой или газообразной среды, находящейся в жидкости. The work of the sample showed that the proposed method and device provide the desired technical result. The proposed method allows you to create various level switches in other sectors of the economy, where in technological processes there is a change in the level and density of a solid or gaseous medium in the liquid.

В настоящее время разбрасывается рабочая документация и изготавливаются опытные образцы. Currently, working documentation is scattered and prototypes are being manufactured.

Примерная потребность в таких установках на различных предприятиях народного хозяйства измеряется тысячами штук. The approximate need for such installations at various enterprises of the national economy is measured in thousands.

Claims

1. The method of controlling the level of media in the tank, which consists in the fact that ultrasonic vibrations are emitted through the wall into the tank, receive them after reflection from the opposite wall, and the level is determined by the signal attenuation in the tank, characterized in that the radiation is carried out by a lower transducer installed at the lower boundary of the measured level, and the reception is carried out by n converters, including the lower one, installed along the tank wall and connected in series after each next probing about the pulse to a common receiver, while the analog signals from all the transducers are summed, forming an output signal proportional to the level of immersion of the substance, and at the same time the signal from each converter is compared with its threshold value, forming discrete values of the immersion of the substance of a given density, and by gating over time signals after repeated reflection from the walls of the tank eliminate the effects of interference.

2. A device for monitoring the level of media in the tank, containing an ultrasonic generator connected to a transceiver connected to the input of the amplifier connected to the input of the temporary selector, and a timer, the first and second outputs of which are connected to the control inputs of the ultrasonic generator and the temporary selector, respectively characterized in that n 1 receiving converters, input and output multiplexers, amplitude and n peak detectors are connected in series, connected in pairs of n comp speakers and n indicators of discrete level values, series-connected totalizer and level indicator, and n reference voltage sources, each of which is connected to the reference input of the corresponding comparator, the signal input of each of which is connected to the output of the corresponding peak detector, also connected to the corresponding input of the adder, the time selector is connected to the input of each peak detector through a series-connected amplitude detector and output multiplexer, to the K inputs of the control the corresponding outputs of the timer are connected, the receiving and receiving-transmitting converters are connected to the input of the amplifier through an input multiplexer, to the K-control inputs of which the corresponding timer outputs are connected.