RU2105954C1

RU2105954C1 - Ultrasonic level gauge of two-phase media (oil + water)

Info

Publication number: RU2105954C1
Application number: RU95108124A
Authority: RU
Inventors: Р.Ю. Мукаев; В.Х. Ясовеев; А.Ю. Серазеев
Original assignee: Уфимский государственный авиационный технический университет
Priority date: 1995-05-18
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 1998-02-27
Also published as: RU95108124A

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: invention relates to gears measuring separation boundaries of two immiscible fluids used in oil, petrochemical and other industries. Ultrasonic level gauge has receiving-emitting element, two floats with different number of permanent magnets, reflector of ultrasonic waves, frequency divider composed of three decade counters, two AND gates and three NOT gates, analog key, receiving amplifier. Solving unit is composed of three delay lines, two diodes, NOT-AND gates, AND gate, pulse counter, T flip-flop, two NOT gates, three registers and unit processing measurement results. EFFECT: enhanced functional reliability and efficiency. 2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения границы раздела двух несмешивающихся жидкостей, применяемых в нефтяной, нефтехимической и других отраслях промышленности. The invention relates to measuring equipment, in particular to devices for measuring the interface between two immiscible liquids used in the petroleum, petrochemical and other industries.

Известно ультразвуковое устройство для измерения уровней жидкостей, содержащее звукопровод, выполненный в виде трубы L-образной формы, снабженной на сгибах отражателями, в верхней своей части содержащее ультразвуковой измерительный элемент, соединенный с блоком измерения и регистрации, вокруг трубы установлен поплавок, выполненный в виде кольца с шаровыми фиксаторами и шлифованной нижней поверхностью, нижний торец звукопровода закрыт пластиной со шлифованными поверхностями, а отражатели снабжены демпфирующими накладками, причем звукопровод заполнен прозрачной жидкостью [1]
Недостатком устройства является измерение уровня однофазной среды (жидкости) вследствие невозможности расположения второго поплавка на звукопроводе.A known ultrasonic device for measuring levels of liquids, containing a sound pipe made in the form of an L-shaped pipe equipped with bends on the bends with reflectors, in its upper part containing an ultrasonic measuring element connected to a measuring and recording unit, a float made in the form of a ring is installed around the pipe with ball clamps and a polished lower surface, the lower end of the sound duct is closed by a plate with polished surfaces, and the reflectors are equipped with damping overlays, and piping filled with a clear liquid [1]
The disadvantage of this device is the measurement of the level of a single-phase medium (liquid) due to the impossibility of the location of the second float on the sound pipe.

Известен акустический уровнемер, содержащий волновод с ограничительными кольцами и акустический измерительный элемент, соединенный с отсчетно=регистрирующим блоком, а также подвижную перфорированную трубу с радиально установленными шаровыми фиксаторами, на закрытом конце которой установлена герметичная полость с демпфером и отражателем с полированной поверхностью [2]
Недостатком уровнемера является измерение уровня однофазной среды (жидкости) вследствие невозможности расположения второго отражателя.Known acoustic level gauge containing a waveguide with restrictive rings and an acoustic measuring element connected to the reading = recording unit, as well as a movable perforated tube with radially mounted ball clamps, at the closed end of which there is a sealed cavity with a damper and a reflector with a polished surface [2]
The disadvantage of the level gauge is the measurement of the level of a single-phase medium (liquid) due to the inability to position the second reflector.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является ультразвуковой уровнемер, содержащий ультразвуковой излучающий элемент, волновод, выполненный в виде ферромагнитного стержня с магнитоупругим эффектом, обмотку, намотанную равномерно по всей длине волновода, поплавок с постоянным магнитом, установленный концентрично с герметизированной трубкой, в которую помещен волновод с обмоткой, а также генератор, первый выход которого подключен к ультразвуковому излучающему элементу, а второй к одному из входов решающего блока, другой вход которого через приемный усилитель связан с концом обмотки [3]
Недостатком уровнемера является измерение уровня однофазной среды (жидкости) вследствие отсутствия второго поплавка, а также низкая помехоустойчивость вследствие отсутствия защиты от помехи.The closest in technical essence and the achieved positive effect is an ultrasonic level gauge containing an ultrasonic emitting element, a waveguide made in the form of a ferromagnetic rod with a magnetoelastic effect, a winding wound uniformly along the entire length of the waveguide, a permanent magnet float installed concentrically with a sealed tube in which is placed a waveguide with a winding, as well as a generator, the first output of which is connected to an ultrasonic emitting element, and the second to one of the input ode to the decisive unit, the other input of which is connected through the receiving amplifier to the end of the winding [3]
The disadvantage of the level gauge is the measurement of the level of a single-phase medium (liquid) due to the absence of a second float, as well as low noise immunity due to the lack of protection against interference.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является расширение функциональных возможностей с повышением помехоустойчивости за счет введения новых элементов в схему. The task to which the invention is directed is to expand the functionality with increased noise immunity by introducing new elements into the circuit.

Задача решается тем, что в ультразвуковой уровнемер двухфазных сред, содержащий герметизированную трубку, размещенный внутри нее волновод в виде ферромагнитного стержня с магнитоупругим эффектом, обмотку, намотанную равномерно по длине волновода, первый поплавок с постоянным магнитом, установленный концентрично с герметизированной трубкой, генератор импульсов, первый приемный усилитель, вход которого связан с концом обмотки, акустический преобразователь, установленный со стороны первого конца волновода, и решающий блок, в обличие от ближайшего аналога введены второй поплавок с постоянными магнитами, расположенный аналогично первому, отражатель ультразвуковых волн, установленный со стороны второго конца волновода, второй приемный усилитель, аналоговый ключ, делитель частоты, выполненный в виде трех счетчиков, двух элементов И и трех элементов НЕ, генератор импульсов выполнен в виде генератора тактовых импульсов, решающий блок выполнен в виде третьего элемента И, элемента 3И-НЕ, трех линий задержки, счетчика импульсов, T-триггера, четвертого и пятого элементов НЕ, двух диодов, трех регистров и блока обработки результатов измерений, а акустический преобразователь выполнен в виде приемоизлучающего элемента, причем поплавки имеют разное число постоянных магнитов, выход генератора тактовых импульсов подключен к тактовому входу C счетчика импульсов, к входу CO первого счетчика к первому входу первого элемента И и к первому входу второго элемента И, выход Q0 первого счетчика соединен с вторым входом первого элемента И и через первый элемент НЕ со вторым входом второго элемента И, выход Q3 первого счетчика соединен с входом C0 второго счетчика и с третьими входами первого и второго элементов И, выход Q0 второго счетчика соединен с четвертым входом первого элемента И и через второй элемент НЕ с четвертым входом второго элемента И, выход Q3 второго счетчика соединен с входом C0 третьего счетчика и с пятыми входами первого и второго элементов И, выход Q0 третьего счетчика соединен с шестым входом первого элемента И и через третий элемент НЕ с шестым входом второго элемента И, а выход Q3 третьего счетчика соединен с седьмыми входами первого и второго элементов И, выход первого элемента И подключен к первому входу аналогового ключа и к его входу управления, выход аналогового ключа подключен к приемоизлучающему элементу, вход первого приемного усилителя соединен с вторым входом элемента 3И-НЕ, с вторым входом третьего элемента И, с входом первой линии задержки и с входом второй линии задержки, выход первой линии задержки соединен с третьим входом элемента 3И-НЕ, а выход второй линии задержки соединен с третьим входом третьего элемента И и с входом третьей линии задержки, выход которой соединен с четвертым входом третьего элемента И, выход которого через четвертый элемент НЕ подключен к управляющим входам второго регистра и через первый диод подключен к входу T-триггера, выход которого соединен с первым входом третьего элемента И и с первым входом элемента 3И-НЕ, выход которого подключен к управляющим входам первого регистра, второй выход аналогового ключа подключен к входу второго приемного усилителя, выход которого через пятый элемент НЕ подключен к управляющим входам третьего регистра, выход второго элемента И подключен к входу N-триггера через второй диод и к входу сброса R счетчика импульсов, а выходы Q0-Qn счетчика импульсов соединены с входами D0-D3 каждого из трех регистров, выходы Q0-Qn которых соединены с блоком обработки результатов измерений. The problem is solved in that in an ultrasonic level meter of two-phase media containing a sealed tube, a waveguide in the form of a ferromagnetic rod with a magnetoelastic effect placed inside it, a winding wound uniformly along the length of the waveguide, a first permanent magnet float installed concentrically with a sealed tube, a pulse generator, the first receiving amplifier, the input of which is connected to the end of the winding, an acoustic transducer mounted on the side of the first end of the waveguide, and a decision unit, in contrast to of the closest analogue, a second permanent magnet float is introduced, located similarly to the first one, an ultrasonic wave reflector mounted on the side of the second end of the waveguide, a second receiving amplifier, an analog switch, a frequency divider made in the form of three counters, two AND elements and three NOT elements, a pulse generator made in the form of a clock generator, the decisive unit is made in the form of a third element And, element 3I-NOT, three delay lines, pulse counter, T-trigger, fourth and fifth elements NOT, two diodes, three registers and a processing unit for the measurement results, and the acoustic transducer is made in the form of a receiving-emitting element, and the floats have a different number of permanent magnets, the output of the clock generator is connected to the clock input C of the pulse counter, to the input CO of the first counter to the first input of the first element And and to the first input of the second element And, the output Q0 of the first counter is connected to the second input of the first element And and through the first element NOT to the second input of the second element And, the output Q3 of the first counter is connected nen with the input C0 of the second counter and with the third inputs of the first and second elements And, the output Q0 of the second counter is connected to the fourth input of the first element And and through the second element NOT with the fourth input of the second element And, the output Q3 of the second counter is connected to the input C0 of the third counter and with the fifth inputs of the first and second elements AND, the output Q0 of the third counter is connected to the sixth input of the first element And and through the third element NOT to the sixth input of the second element And, and the output Q3 of the third counter is connected to the seventh inputs of the first and second elements s, the output of the first element And is connected to the first input of the analog key and to its control input, the output of the analog key is connected to the receiving-emitting element, the input of the first receiving amplifier is connected to the second input of the element 3I-NOT, with the second input of the third element And, with the input of the first the delay line and with the input of the second delay line, the output of the first delay line is connected to the third input of the 3I-NOT element, and the output of the second delay line is connected to the third input of the third And element and with the input of the third delay line, the output of which is connected to the fourth input of the third element And, the output of which through the fourth element is NOT connected to the control inputs of the second register and through the first diode is connected to the input of the T-flip-flop, the output of which is connected to the first input of the third element And and to the first input of the 3I-NOT element, the output of which is connected to the control inputs of the first register, the second output of the analog key is connected to the input of the second receiving amplifier, the output of which through the fifth element is NOT connected to the control inputs of the third register, the output of the second element And is connected to the input at the N-flip-flop through the second diode and to the reset input R of the pulse counter, and the outputs Q0-Qn of the pulse counter are connected to the inputs D0-D3 of each of the three registers, the outputs Q0-Qn of which are connected to the processing unit of the measurement results.

На фиг. 1 изображена схема ультразвукового уровнемера; на фиг. 2 - временные диаграммы его работы. In FIG. 1 shows a diagram of an ultrasonic level gauge; in FIG. 2 - time diagrams of his work.

Ультразвуковой уровнемер двухфазных сред содержит ультразвуковой приемоизлучающий элемент 1, волновод 2, выполненный в виде ферромагнитного стержня с магнитоупругим эффектом, обмотку 3, намотанную равномерно по всей длине волновода, два поплавка 4 и 5 с разным числом постоянных магнитов (в поплавке 4 два магнита 6а, 6б, в поплавке 5 три магнита 7а, 7б, 7в соответственно), установленные концентрично с герметизированной трубкой 8, в которую помещен волновод 2 с обмоткой 3, отражатель 9 с полированной поверхностью, генератор тактовых импульсов 10, делитель частоты 11, состоящий из трех счетчиков 12-14, двух элементов И 15, 16, а также трех элементов НЕ 17, 18, 19, аналоговый ключ 20, первый и второй приемные усилители 21 и 22 соответственно, решающий блок 23, состоящий из трех линий задержек ЛЗ1-ЛЗ3, двух диодов VD1, VD2, элемента 3И-НЕ 24, элемента И 25, счетчика импульсов 26, T-триггера 27, двух элементов НЕ 28, 29, трех регистров 30-32 и блока обработки результатов измерений 33. Выход генератора тактовых импульсов 10 подключен к тактовому входу C счетчика импульсов 26 решающего блока 23, а также к делителю частоты 11, состоящему из трех счетчиков 12-14, таким образом, что выход генератора 10 подключается к входу C0 счетчика 12, к первому входу элемента И 15, а также к первому входу элемент И 16, выходу Q0 счетчика 12 соединен со вторым входом элемента И 15 и через элемента НЕ 17 со вторым входом элемента И 16, а выход Q3 счетчика 12 соединен с входом C0 счетчика 13 и с третьими входами элементов И 15, 16, выход Q0 счетчика 13 соединен с четвертым входом элемента И 15 и через элемент НЕ 18 с четвертым входом элемента И 16, а выход Q3 счетчика 13 соединен с входом C0 счетчика 14 и с пятыми входами элементов И 15, 16, выход Q0 счетчика 14 соединен с шестым входом элемента И 15 и через элемент НЕ 19 с шестым входом элемента И 16, а выход Q3 счетчика 14 соединен с седьмыми входами элементов И 15, 16, выход элемента И 15 подключен к первому входу аналогового ключа 20 и к его входу управления, выход которого подключен к приемоизлучающему элементу 1, конец обмотки 3 подключен к входу приемного усилителя 21, выход которого соединен в решающем блоке 23 со вторым входом элемента 3И-НЕ 24, со вторым входом элемента И 25, с входом первой линии задержки ЛЗ1 и с входом второй линии задержки ЛЗ2, выход первой линии задержки ЛЗ1 соединен с третьим входом элемента 3И-НЕ 24, а выход второй линии задержки ЛЗ2 соединен с третьим входом элемента И 25 и с входом третьей линии задержки ЛЗ3, выход которой соединен с четвертым входом элемента И 25, выход которого через элемент НЕ 28 подключен к управляющим входам регистра 31, а также через диод VD1 подключен к входу T-триггера 27, выход которого соединен с первым входом элемента И 25 и с первым входом элемента 3И-НЕ 24, выход которого подключен к управляющим входам регистра 30, второй вход аналогового ключа 20 подключен к входу приемного усилителя 22, выход которого через элемент НЕ 29 решающего блока 23 подключен к управляющим входам регистра 32, так же к входу T-триггера 27 через диод VD2, как и к входу сброса R счетчика импульсов 26, подключен выход элемента И 16, с делителя частоты 11, а выходной код Q0-Q3 счетчика импульсов 26 решающего блока 23 соединен параллельно с входами D0-D3 трех регистров 30-32, выходы Q0-Q3 которых соединены с блоком обработки результатов измерений 33. An ultrasonic level meter of two-phase media contains an ultrasonic receiving-emitting element 1, a waveguide 2 made in the form of a ferromagnetic rod with a magnetoelastic effect, a winding 3 wound uniformly along the entire length of the waveguide, two floats 4 and 5 with a different number of permanent magnets (in the float 4 there are two magnets 6a, 6b, in the float 5 there are three magnets 7a, 7b, 7c, respectively) mounted concentrically with a sealed tube 8, in which a waveguide 2 with a winding 3 is placed, a reflector 9 with a polished surface, a clock generator 10, delhi frequency divider 11, consisting of three counters 12-14, two elements And 15, 16, as well as three elements NOT 17, 18, 19, an analog key 20, the first and second receiving amplifiers 21 and 22, respectively, the decision unit 23, consisting of three delay lines LZ1-LZ3, two diodes VD1, VD2, element 3I-NOT 24, element I 25, pulse counter 26, T-trigger 27, two elements 28, 29, three registers 30-32 and the processing unit of the measurement results 33 The output of the clock generator 10 is connected to the clock input C of the pulse counter 26 of the decisive block 23, as well as to the frequency divider 11, consisting of the three counters 12-14, so that the output of the generator 10 is connected to the input C0 of the counter 12, to the first input of the element And 15, as well as to the first input of the element And 16, the output Q0 of the counter 12 is connected to the second input of the element And 15 and through the element HE 17 with the second input of the element And 16, and the output Q3 of the counter 12 is connected to the input C0 of the counter 13 and with the third inputs of the elements And 15, 16, the output Q0 of the counter 13 is connected to the fourth input of the element And 15 and through the element NOT 18 with the fourth input element And 16, and the output Q3 of the counter 13 is connected to the input C0 of the counter 14 and with the fifth inputs of the element And 15, 16, the output Q0 of the counter 14 is connected to the sixth input of the And 15 element and through the element NOT 19 with the sixth input of the And 16 element, and the output Q3 of the counter 14 is connected to the seventh inputs of And 15, 16, the output of the And 15 element is connected to the first input of the analog switch 20 and to its control input, the output of which is connected to the receiving-radiating element 1, the end of the winding 3 is connected to the input of the receiving amplifier 21, the output of which is connected in the decision block 23 with the second input of the element 3I-NOT 24, with the second input of the element And 25, with the input of the first delay line LZ1 and with the input of the second line delay LZ2, the output of the first delay line LZ1 is connected to the third input of the 3I-NOT 24 element, and the output of the second delay line LZ2 is connected to the third input of the I 25 element and to the input of the third delay line LZ3, the output of which is connected to the fourth input of the And 25 element, output which through the element 28 is connected to the control inputs of the register 31, and also through the diode VD1 it is connected to the input of the T-trigger 27, the output of which is connected to the first input of the element And 25 and the first input of the element 3I-NOT 24, the output of which is connected to the control inputs register 30, the second input is analog A new key 20 is connected to the input of the receiving amplifier 22, the output of which through the element NOT 29 of the decision block 23 is connected to the control inputs of the register 32, as well as to the input of the T-trigger 27 through the diode VD2, as well as to the reset input R of the pulse counter 26, the output is connected element 16, with a frequency divider 11, and the output code Q0-Q3 of the pulse counter 26 of the decision block 23 is connected in parallel with the inputs D0-D3 of three registers 30-32, the outputs of which Q0-Q3 are connected to the processing unit 33.

Принцип работы ультразвукового уровнемера основан на следующем. Генератор тактовых импульсов 10 выдает тактовые импульсы с частотой f_такт. Эти импульсы поступают на тактовый вход C счетчика импульсов 26 решающего блока 23. Счетчик импульсов 26 настроен так, чтобы его длительность периода измерения соответствовала максимальному количеству импульсов, которое он может сосчитать (≤1000) и которое выбирается исходя из требуемой погрешности измерения. Также импульсы с генератора тактовых импульсов 10 поступают на делитель частоты 11, который делит его частоту на 1000 (f_такт/1000), таким образом, что каждый из декадных счетчиков /4/ 12-14, входящий в делитель частоты 11, делит частоту генератора на 10 (f_такт/10). Элементы И 15, 16 введены для выдачи единичных импульсов. Элемент И 15 одновременно с входным импульсом на входе CO счетчика 12 формирует на своем выходе каждый тысячный импульс, равный ему по длительности, который в виде радиоимпульса подается на ультразвуковой приемоизлучающий элемент 1 через аналоговый ключ 20 /5/. Аналоговый ключ 20 настроен таким образом, что радиоимпульс подается одновременно на его первый вход и на его вход управления, т.е. при приходе радиоимпульса ключ срабатывает и замыкает первый вход с выходом (в первоначальном состоянии первый вход разомкнут, второй вход замкнут), пропуская тем самым радиоимпульс, и после его прохождения ключ возвращается в исходное состояние размыкает первый вход и замыкает второй вход с его выходом.The principle of operation of an ultrasonic level gauge is based on the following. The clock generator 10 generates clock pulses with a frequency of f _cycles . These pulses are fed to the clock input C of the pulse counter 26 of the decision block 23. The pulse counter 26 is configured so that its length of the measurement period corresponds to the maximum number of pulses that it can count (≤1000) and which is selected based on the required measurement error. Also, pulses from the clock generator 10 are fed to a frequency divider 11, which divides its frequency by 1000 (f _clock / 1000), so that each of the ten-day counters / 4 / 12-14, included in the frequency divider 11, divides the frequency of the generator at 10 (f _beat / 10). Elements And 15, 16 are introduced to issue single pulses. Element And 15 simultaneously with the input pulse at the input of CO counter 12 generates at its output every thousandth pulse, equal in duration to it, which in the form of a radio pulse is supplied to the ultrasonic receiving-emitting element 1 through an analog switch 20/5 /. The analog switch 20 is configured in such a way that the radio pulse is supplied simultaneously to its first input and to its control input, i.e. when a radio pulse arrives, the key is triggered and closes the first input with the output (in the initial state, the first input is open, the second input is closed), thereby skipping the radio pulse, and after passing through it, the key returns to its original state, opens the first input and closes the second input with its output.

Из приемоизлучающего элемента 1 в волновод 2 излучается ультразвуковой импульс, который распространяется вдоль волновода в виде упругих продольных волн. Когда фронт упругой волны достигает участка волновода 2, намагниченного первым постоянным магнитом 6а поплавка 4, то за счет магнитоупругого эффекта (эффект Виллари) в зазоре между волноводом и магнитом начинает изменяться магнитный поток с частотой ультразвуковых колебаний, в результате в обмотке 3 наводится ЭДС в виде первого импульса. Далее фронт упругой волны достигает участка волновода 2, намагниченного вторым постоянным магнитом 6б поплавка 4, в результате в обмотке 3 наводится ЭДС в виде второго импульса. Эти два импульса с определенным периодом следования= τ₁ ( τ₁ зависит от фиксированного расстояния между постоянными магнитами 6а и 6б) поступают на усилитель 21, где усиливаются до необходимого уровня срабатывания лог. элементов и поступают на входы элементов 3И-НЕ 24, И 25 решающего блока 23. Линия задержки ЛЗ1 задерживает эти импульсы на время, равное периоду следования этих импульсов τ₁ линия задержки ЛЗ2 задерживает эти импульсы на время τ₂= 3τ₁/5, а линия задержки ЛЗ3 задерживает импульсы относительно ЛЗ2 на время, также τ₂. Поскольку на выходе T-триггера 27 лог. "1" (в исходном состоянии на его выходе лог. "0", а в состояние лог. "1" он переведен перед началом второго цикла счета предпоследним импульсом 999 (импульс сброса) с выхода элемента И 16 делителя частоты 11), то он разрешает работу элементов 3И-НЕ 24, И 25. Как видно из временной диаграммы на фиг. 2, сработает только элемент 3И-НЕ 24, который выработает импульс совпадения (лог. "0") от импульсов следования с поплавка 4 и импульсов с линии задержки ЛЗ1, т.е. этим достигается повышение помехоустойчивости. Этот импульс воздействует на входы управления STB и

регистра 30 /6/, при этом по входу STB происходит защелкивание передаваемой информации с выходов Q0-Q3 счетчика импульсов 26 на входы D0-D3, а по входу

выходы Q0-Q3 регистра 30 выводятся из Z-состояния, тем самым передается код в блок обработки результатов измерений 33, соответствующий времени от начала распространения ультразвуковой волны до момента наведения ЭДС в обмотке 3 близи второго постоянного магнита 6б поплавка 4 t1= l1/v [1] где l1 расстояние от начала волновода, соответствующее участку начала распространения ультразвуковой волны, до участка волновода, соответствующего по уровню расположения второго постоянного магнита 6б поплавка 4 или верхней границы первой среды (нефть); v скорость распространения ультразвуковой волны в волноводе 2.An ultrasonic pulse is emitted from the receiving-emitting element 1 into the waveguide 2, which propagates along the waveguide in the form of elastic longitudinal waves. When the front of the elastic wave reaches the portion of the waveguide 2 magnetized by the first permanent magnet 6a of the float 4, due to the magnetoelastic effect (Villari effect) in the gap between the waveguide and the magnet, the magnetic flux begins to change with the frequency of ultrasonic vibrations, as a result, an EMF is induced in winding 3 in the form first impulse. Next, the front of the elastic wave reaches the portion of the waveguide 2 magnetized by the second permanent magnet 6b of the float 4, as a result of which an EMF is induced in the winding 3 in the form of a second pulse. These two pulses with a certain repetition period = τ ₁ (τ ₁ depends on a fixed distance between the permanent magnets 6a and 6b) are fed to the amplifier 21, where they are amplified to the required level of operation of the log. elements and elements provided to inputs 3I-NO 24, 25 and decision block 23. The delay line LZ1 delays the pulses by a time equal the period of succession of these pulses τ ₁ delay line LZ2 delays the pulses at time τ = 3τ ₂ _1/5, and the delay line LZ3 delays pulses relative to LZ2 for a time, also τ ₂ . Since the output of the T-trigger 27 log. "1" (in the initial state, the output is log. "0", and in the state is log. "1" it is transferred before the start of the second counting cycle by the penultimate pulse 999 (reset pulse) from the output of element And 16 of the frequency divider 11), then it allows the operation of elements 3I-NOT 24, AND 25. As can be seen from the timing diagram in FIG. 2, only element 3I-NOT 24 will work, which will generate a coincidence pulse (log. "0") from the pulses from the float 4 and pulses from the delay line LZ1, i.e. this improves the noise immunity. This pulse affects the control inputs STB and

register 30/6 /, while the input STB is latched transmitted information from the outputs Q0-Q3 of the pulse counter 26 to the inputs D0-D3, and the input

the outputs Q0-Q3 of the register 30 are derived from the Z-state, thereby transmitting a code to the processing unit 33 corresponding to the time from the beginning of the propagation of the ultrasonic wave to the moment of induction of the EMF in winding 3 near the second permanent magnet 6b of the float 4 t1 = l1 / v [ 1] where l1 is the distance from the beginning of the waveguide corresponding to the portion of the beginning of propagation of the ultrasonic wave to the portion of the waveguide corresponding to the level of the location of the second permanent magnet 6b of the float 4 or the upper boundary of the first medium (oil); v the propagation velocity of the ultrasonic wave in the waveguide 2.

Фронт упругой волны спустя некоторое время достигает участка волновода 2, намагниченного первым из постоянных магнитов 7а второго поплавка 5, в результате в обмотке 3 наводится первый импульс, затем таким же образом в обмотке 3 наводятся второй и третий импульсы на участках, намагниченных вторым и третьим постоянными магнитами 7б и 7в соответственно, и вследствие чего образуется последовательность из трех импульсов, которые с определенным периодом следования τ₂ ( τ₂ зависит от фиксированного расстояния между постоянными магнитами 7а, 7б и 7в) поступают также на усилитель 21, где усиливаются до необходимого уровня срабатывания лог. элементов и поступают на входы элементов 3И-НЕ 24, И 25 решающего блока 23. Линия задержки ЛЗ1 задерживает эти импульсы на время τ₁ линия задержки ЛЗ2 задерживает эти импульсы на время, равное периоду следования этих импульсов τ₂ а линия задержки ЛЗ3 задерживает импульсы относительно ЛЗ2 на время, также равное τ₂ Поскольку на выходе T-триггера 27 лог. "1", то он разрешает работу элементов 3И-НЕ 24, И 25. Как видно из временной диаграммы на фиг. 2, в данном случае сработает только элемент И 25, который выработает импульс совпадения (лог. "1") от импульсов следования с поплавка 5, импульсов с линии задержки ЛЗ2 и импульсов с линии задержки ЛЗ3, т.е. при этом также достигается повышение помехоустойчивости. Этот импульс воздействует на вход T-триггера 27 через диод VD1 (VD1 предназначен для исключения ложного срабатывания входов управления регистра 31 импульсом сброса с выхода элемента И 16 делителя частоты 11) и опрокидывает его в состояние лог. "0", тем самым запрещая работу элементов 3И-НЕ 24, И 25 во втором цикле для исключения их повторного срабатывания от наведения ЭДС в виде последовательности импульсов в обмотке 3 после отражения ультразвуковой волны от отражателя 7. Одновременно с этим импульс на выходе элемента И 25 (лог. "1") через элемент НЕ 28 (лог. "0") воздействует на входы управления STB и

регистра 31 и таким образом происходит фиксация и передача кода в блок обработки результатов измерений 33, соответствующего времени от момента наведения ЭДС в виде импульса в обмотке 3 вблизи второго постоянного магнита 6б поплавка 4 до момента наведения ЭДС вблизи третьего постоянного магнита 7в поплавка 5: t2=(l1+l2)/v [2] где l2 расстояние от участка волновода, соответствующего по уровню расположения второго постоянного магнита 6б поплавка 4 или верхней границы первой среды (нефть), до участка волновода, соответствующего по уровню расположения третьего постоянного магнита 7в поплавка 5 или границе раздела первой (нефть) и второй (вода) сред.The front of the elastic wave after some time reaches the portion of the waveguide 2 magnetized by the first of the permanent magnets 7a of the second float 5, as a result, the first pulse is induced in the winding 3, then the second and third pulses are induced in the winding 3 in the areas magnetized by the second and third constant magnets 7b and 7c, respectively, and as a result, a sequence of three pulses is formed, which with a certain repetition period τ ₂ (τ ₂ depends on a fixed distance between the permanent magnets 7a, 7b and 7c) also arrive at the amplifier 21, where they are amplified to the required level of operation of the log. elements and enter the inputs of elements 3I-NOT 24, AND 25 of the decision block 23. The delay line LZ1 delays these pulses for a time τ ₁ the delay line LZ2 delays these pulses for a time equal to the period of these pulses τ ₂ and the delay line LZ3 delays pulses with respect to LZ2 for a time also equal to τ ₂ Since the output of the T-trigger 27 log. "1", then it allows the operation of elements 3I-NOT 24, AND 25. As can be seen from the timing diagram in FIG. 2, in this case only element And 25 will work, which will generate a coincidence pulse (log. "1") from the pulses from the float 5, pulses from the delay line LZ2 and pulses from the delay line LZ3, i.e. this also improves the noise immunity. This pulse acts on the input of the T-flip-flop 27 through the diode VD1 (VD1 is designed to eliminate the false operation of the control inputs of the register 31 by the reset pulse from the output of the element And 16 of the frequency divider 11) and overturns it into a state log. "0", thereby prohibiting the operation of elements 3I-NOT 24, AND 25 in the second cycle to exclude their repeated operation from the induction of the EMF in the form of a train of pulses in the winding 3 after reflection of the ultrasonic wave from the reflector 7. At the same time, the pulse at the output of the element And 25 (log. "1") through the element NOT 28 (log. "0") affects the control inputs STB and

register 31 and thus the code is fixed and transmitted to the processing unit for measuring results 33, corresponding to the time from the moment of induction of the EMF in the form of a pulse in the winding 3 near the second permanent magnet 6b of the float 4 to the time of the guidance of the EMF near the third permanent magnet 7b of the float 5: t2 = (l1 + l2) / v [2] where l2 is the distance from the waveguide section corresponding to the level of the second permanent magnet 6b of the float 4 or the upper boundary of the first medium (oil) to the waveguide section corresponding to the level of fifth permanent magnet 7 in the float 5 or at the interface between the first (oil) and second (water) media.

Отразившись от отражателя 7, ультразвуковая волна возвращается в обратном порядке по волноводу 2 к приемоизлучающему элементу 1, радиоимпульс от которого поступает на выход аналогового ключа 20 (аналоговый ключ работает в обоих направлениях) и, пройдя ключ в обратном направлении, с его второго входа, импульс поступает на усилитель 22, где усиливается до необходимого уровня срабатывания лог. элементов и через элемент НЕ 29 решающего блока 23 воздействует на входы управления STB и

регистра 32 и таким образом, происходит фиксация и передача кода в блок обработки результатов измерений 33, соответствующего двойному времени прохождения ультразвуковой волны по всему волноводу (туда и обратно): t3=2lo/v [3] где lo-l1+l2+l3 расстояние всего участка волновода; l3 расстояние от участка волновода, соответствующего по уровню расположения третьего постоянного магнита 7в поплавка 5 или границе раздела первой (нефть) и второй (вода) сред, до конца участка волновода.Reflected from the reflector 7, the ultrasonic wave returns in the reverse order along the waveguide 2 to the receiving-emitting element 1, the radio pulse from which is fed to the output of the analog key 20 (the analog key works in both directions) and, passing the key in the opposite direction, from its second input, the pulse enters the amplifier 22, where it is amplified to the desired level of operation of the log. elements and through element NOT 29 of the decision block 23 acts on the control inputs STB and

register 32 and thus, the code is fixed and transmitted to the processing unit for measuring results 33, corresponding to the double transit time of the ultrasonic wave throughout the waveguide (there and back): t3 = 2lo / v [3] where lo-l1 + l2 + l3 distance the entire section of the waveguide; l3 is the distance from the waveguide section corresponding to the level of the location of the third permanent magnet 7c of the float 5 or the interface between the first (oil) and second (water) media, to the end of the waveguide section.

Совместно решая уравнения [1] [2] [3] методом подстановки, выразим l1 и l2: l1=2lo•t1/t3 [4] l2=((t2-t1)/t3)•2lo [5] где 2lo/t3=v. Таким образом, в блоке обработки результатов измерений 33 происходит вычисление l1 и l2 из [4] и [5] соответственно. Solving equations [1] [2] [3] together using the substitution method, we express l1 and l2: l1 = 2lo • t1 / t3 [4] l2 = ((t2-t1) / t3) • 2lo [5] where 2lo / t3 = v. Thus, in the processing unit 33, l1 and l2 are calculated from [4] and [5], respectively.

Делитель частоты 11 с выхода элемента И 16 в заключении второго цикла счета выдает предпоследний импульс 999 (сброса), который сбрасывает содержимое счетчика импульсов 26 по входу R решающего блока 23. Элемент И 16 делителя частоты 11 настроен таким образом, что он одновременно с входным импульсом на входе C0 счетчика 12 формирует на своем выходе каждый импульс 999, равный ему по длительности. The frequency divider 11 from the output of the element And 16 at the conclusion of the second counting cycle gives the penultimate pulse 999 (reset), which resets the contents of the pulse counter 26 at the input R of the decision block 23. Element And 16 of the frequency divider 11 is configured so that it is simultaneously with the input pulse at the input C0 of the counter 12 generates at its output each pulse 999, which is equal in duration to it.

Одновременно, импульс сброса по своему заднему фронту через диод VD2 (VD2 предназначен для исключения ложного сброса счетчика импульсов 26 по входу R импульсом с выхода элемента И 25) опрокидывает T-триггер 27 в состояние лог. "1" на его выходе, тем самым открывает работу элементов 3И-НЕ 24, И 25. At the same time, the reset pulse on its trailing edge through the diode VD2 (VD2 is designed to eliminate the false reset of the pulse counter 26 at the input R by the pulse from the output of the And 25 element) overturns the T-trigger 27 to the log state. "1" at its output, thereby opening up the operation of elements 3I-NOT 24, AND 25.

Новый цикл счета начинается при выдаче делителем частоты 11 нового радио-импульса с выхода элемента И 15, и цикл повторяется. A new counting cycle begins when the frequency divider 11 gives out a new radio pulse from the output of AND element 15, and the cycle repeats.

Claims

1. An ultrasonic level meter of two-phase media, containing a sealed tube, a waveguide in the form of a ferromagnetic rod with a magnetoelastic effect placed inside it, a winding wound uniformly along the length of the waveguide, a first permanent magnet float installed concentrically with a sealed tube, a pulse generator, a first receiving amplifier, the input of which is connected to the end of the winding, an acoustic transducer mounted on the side of the first end of the waveguide, and a deciding unit, characterized in that a second permanent magnet float located similarly to the first, an ultrasonic wave reflector mounted on the side of the second end of the waveguide, a second receiving amplifier, an analog switch, a frequency divider made in the form of three counters, two AND elements and three NOT elements, the pulse generator is made in the form a clock pulse generator, the first float has one or more permanent magnets, the decision block is made in the form of a third element AND, element 3I NOT, three delay lines, a pulse counter, a T-trigger, a quarter of the fifth and fifth elements NOT, two diodes, three registers and a processing unit for the measurement results, and the acoustic transducer is made in the form of a receiving-emitting element, and the floats have a different number of permanent magnets, the output of the clock generator is connected to the clock input C of the pulse counter, to the input C0 of the first counter, the first input of the first element And and the first input of the second element And, the output Q0 of the first counter is connected to the second input of the first element And and through the first element NOT with the second input of the second element And, you the Q3 stroke of the first counter is connected to the input C0 of the second counter and the third inputs of the first and second elements And, the output Q0 of the second counter is connected to the fourth input of the first element And and through the second element NOT to the fourth input of the second element And, the output Q3 of the second counter is connected to the input C0 the third counter and the fifth inputs of the first and second elements AND, the output Q0 of the third counter is connected to the sixth input of the first element And and through the third element NOT to the sixth input of the second element And, and the output Q3 of the third counter is connected to the seventh inputs the first and second elements And, the output of the first element And is connected to the first input of the analog key and its control input, the first output of the analog key is connected to the receiving-radiating element, the input of the first receiving amplifier is connected to the second input of the element 3 AND NOT, the second input of the third element And, the input of the first the delay line and the input of the second delay line, the output of the first delay line is connected to the third input of the third element 3 AND NOT, and the output of the second delay line is connected to the third input of the third element And and the input of the third line s a delay whose output is connected to the fourth input of the third AND element, whose output through the fourth element is NOT connected to the control inputs of the second register and through the first diode is connected to the input of the T-trigger, the output of which is connected to the first input of the third AND element and the first input of element 3 AND NOT the output of which is connected to the control inputs of the first register, the second output of the analog key is connected to the input of the second receiving amplifier, the output of which through the fifth element is NOT connected to the control inputs of the third register, the output is W cerned AND gate is connected to the input of the T flip-flop through the second diode and the reset input R of the pulse counter, and the outputs Q0 Q3 pulse counter are connected to inputs D0 D3 of each of the three registers, the outputs Q0 Q3 are connected to the measurement data processing unit.

2. The level gauge according to claim 1, characterized in that the first and second floats have two and three permanent magnets, respectively.