RU2121664C1 - Ультразвуковое устройство для определения границы раздела двух несмешивающихся жидких сред - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к измерительной технике. Задача -повышение точности за счет корректировки результатов измерения при изменении параметров окружающей среды, а также расширение функциональных возможностей. Устройство содержит расположенный в герметизированной трубке волновод и охватывающую его измерительную обмотку. Имеются генератор, связанный с излучающим элементом, установленным в торце волновода, и поплавки с закрепленными на них постоянными магнитами. При изменении параметров окружающей среды изменяется скорость звука в материале волновода. С целью исключения погрешности от этого явления в устройство введена подмагничивающая обмотка, корректирующая соответствующим образом скорость звука в волноводе. Подмагничивание производится постоянным током. Наряду с определением границы раздела жидких сред данное устройство обеспечивает измерение общего уровня смеси в резервуаре. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения уровня жидких сред.

Известно ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкостей, содержащее звукопровод в виде трубы L-образной формы, заполненный прозрачной жидкостью, поплавок в виде кольца со шлифованной нижней поверхностью, шаровые фиксаторы, ультразвуковой измерительный элемент, блок измерения и регистрации, пластину со шлифованными поверхностями, отражатели и демпфирующие накладки [1].

Недостатком ультразвукового устройства является невысокая точность вследствие отсутствия корректировки результатов измерения при изменении параметров окружающей среды.

Известно устройство для определения уровня жидких сред, содержащее СВЧ-генератор, ферритовый циркуляр, волновод, детекторную секцию, капилляр и пластину [2].

Недостатком устройства является невысокая точность вследствие отсутствия корректировки результатов измерения при изменении параметров окружающей среды.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является ультразвуковой уровнемер, содержащий ультразвуковой излучающий элемент, волновод, обмотку, поплавок с закрепленным на нем постоянным магнитом, герметизированную трубку, генератор, решающий блок и приемный усилитель [3].

Недостатком ультразвукового уровнемера является невысокая точность вследствие отсутствия корректировки результатов измерения при изменении параметров окружающей среды.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является повышение точности и расширение функциональных возможностей за счет введения новых элементов в схему.

Задача решается тем, что в ультразвуковое устройство для определения границы раздела двух жидких сред, содержащее волновод и охватывающую его измерительную обмотку, генератор, выход которого соединен с излучающим пьезоэлементом, установленным в торце волновода, расположенного в герметизированной трубке, поплавок с закрепленным на нем постоянным магнитом, установленный концентрично с герметизированной трубкой и усилитель, к входу которого подключена измерительная обмотка, в отличии от ближайшего аналога введены схема выделения импульсов, три RS-триггера, два счетчика, два регистра, индикаторы, генератор тактовых импульсов, схема формирования временного интервала, схема сравнения, генератор постоянного тока, обмотка подмагничивания, демпфирующая накладка, неподвижный постоянный магнит и дополнительный поплавок с закрепленным на нем постоянным магнитом, установленный концентрично с герметизированной трубкой, выход усилителя подключен к схеме выделения импульсов, первый выход которой подключен к входу S первого RS-триггера, второй выход - к входу S второго RS-триггера и третий выход - к входу S третьего RS-триггера, входы R трех RS-триггеров соединены с выходом генератора, выход первого RS-триггера подключен к входу разрешения первого счетчика, выход второго RS-триггера - к входу разрешения второго счетчика, счетные входы обоих счетчиков соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходы счетчиков подключены к входам соответствующих регистров, выходы которых подключены к индикаторам, выход третьего RS-триггера соединен с вторым входом схемы сравнения, а первый вход схемы сравнения соединен с выходом схемы формирования временного интервала, вход которой соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход схемы сравнения подключен к входу генератора постоянного тока, к выходу которого подключена подмагничивающая обмотка, в нижнем торце волновода расположена демпфирующая накладка, на которой расположен неподвижный постоянный магнит.

Сущность устройства поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображена схема ультразвукового устройства.

Ультразвуковое устройство для определения границы раздела двух несмешивающихся жидких сред - уровнемер, с индикацией уровня жидкой смеси и границы раздела двух несмешивающихся жидкостей, содержащее генератор 1, выход которого соединен с излучающим пьезоэлементом 2, установленным в торце волновода 3, расположенного в герметизированной трубке 4, измерительная обмотка 5, подключена к входу усилителя 6, выход которого подключен к схеме выделения импульсов 7, первый выход которого подключен к входу S первого RS-триггера 8а, второй выход - к входу S второго RS-триггера 8б и третий выход - к входу S третьего RS-триггера 8в, входы R трех RS-триггеров подключены к выходу генератора 1, выход первого RS-триггера 8а подключен к входу разрешения первого счетчика 9а, выход второго RS-триггера 8б - к входу разрешения второго счетчика 9б, выходы счетчиков 9а и 9б подключены к входам соответствующих регистров 10а и 10б, выходы которых подключены к индикаторам 11, выход генератора тактовых импульсов 12 соединен со счетными входами счетчиков 9а и 9б, а также со входом схемы формирования временного интервала 13, выход которой соединен с первым входом схемы сравнения 14, а второй вход схемы сравнения 14 соединен с выходом третьего RS-триггера 8в, выход схемы сравнения 14 подключен к входу генератора постоянного тока 15, к выходу которого подключена обмотка подмагничивания 16, поплавки 17 и 18, с закрепленными на них постоянными магнитами, установлены концентрично с герметизированной трубкой 4, в нижнем торце волновода 3 расположена демпфирующая накладка 19, на которой расположен неподвижный постоянный магнит 20.

21 - резервуар, наполненный смесью из двух несмешивающихся жидкостей 22 (с плотностью p1) и 23 (с плотностью p2), p1<p2.

Устройство работает следующим образом. Генератор 1 с помощью пьезоэлемента 2 производит излучение ультразвуковых импульсов, которые распространяются вдоль волновода 3 в виде упругих продольных волн. В местах нахождения постоянных магнитов происходит возбуждение ЭДС в измерительной обмотке 5. Импульсы с измерительной обмотки поступает в измерительную схему. Обработка этих импульсов происходит следующим образом: ответные импульсы поступают на усилитель 6 и схему выделения импульсов 7, с которой на вход S RS-триггеров 8а, 8б и 8в поступают импульсы, соответствующие моментам возбуждения ЭДС в измерительной обмотке в зоне постоянных магнитов 17, 18 и 20 соответственно. Импульс с генератора 1, соответствующий началу излучения, поступает на вход R RS-триггеров 8а, 8б и 8в, в результате чего на выходах RS-триггеров 8а и 8б формируются "временные ворота". Эти "временные ворота" заполняются счетными импульсами с ГТИ 12, подсчет этих импульсов производится счетчиками 9а и 9б. После преобразования в регистрах 10а и 10б на индикаторах 11 отображается информация об уровне жидкости и границы раздела жидких сред.

Для уменьшения влияния изменения параметров окружающей среды введена дополнительная подмагничивающая обмотка 16. При изменении параметров окружающей среды изменяется скорость звука в материале волновода 3, что вносит определенную погрешность в результаты измерения. С целью уменьшения этой погрешности введено подмагничивание, с помощью которого изменяется скорость звука в волноводе. Подмагничивание производится постоянным током и происходит это следующим образом. С триггера 8в на схему сравнения 14 поступает сигнал в виде временного интервала, характеризующий время прохождения ультразвуковой волны до постоянного магнита 20, установленного неподвижно. Этот временной интервал (t_оп) сравнивается с эталонным (t_эт), который поступает на схему сравнения со схемы формирования временного интервала, соединенный с ГТИ 12. В случае расхождения этих сигналов схема сравнения выдает сигнал коррекции на генератор постоянного тока (ГПТ) 15. В соответствии с этим сигналом ГПТ изменяет ток подмагничивания, при котором скорость звука в волноводе будет соответствовать скорости звука при нормальных условиях.

Итак, задача на решение которой направлено заявляемое изобретение, повышение точности и расширение функциональных возможностей, решается за счет введения подмагничивания и за счет введения новых элементов в схему.

Источник информации, принятые во внимание:
1. Авторское свидетельство СССР N 1721444, G 01 F 23/28, 1992.

2. Авторское свидетельство СССР N 2017076, G 01 F 23/28, 1994.

3. Авторское свидетельство СССР N 838381, G 01 F 23/28, 1981.8

Claims (1)

1. Ультразвуковое устройство для определения границы раздела двух жидких сред, содержащее волновод и охватывающую его измерительную обмотку, генератор, выход которого соединен с излучающим пьезоэлементом, установленным в торце волновода, расположенного в герметизированной трубке, поплавок с закрепленным на нем постоянным магнитом, установленный концентрично с герметизированной трубкой, и усилитель, ко входу которого подключена измерительная обмотка, отличающееся тем, что в него введены схема выделения импульсов, три RS-триггера, два счетчика, два регистра, индикаторы, генератор тактовых импульсов, схема формирования временного интервала, схема сравнения, генератор постоянного тока, обмотка подмагничивания, демпфирующая накладка, неподвижный постоянный магнит и дополнительный поплавок с закрепленным на нем постоянным магнитом, установленный концентрично с герметизированной трубкой, выход усилителя подключен к схеме выделения импульсов, первый выход которой подключен ко входу S первого RS-триггера, второй выход - ко входу S второго RS-триггера и третий выход ко входу S третьего RS-триггера, выходы R трех RS-триггеров соединены с выходом генератора, выход первого RS-триггера подключен ко входу разрешения первого счетчика, выход второго RS-триггера - ко входу разрешения второго счетчика, счетные входы обоих счетчиков соединены с выходом генератора тактовых импульсов, выходы счетчиков подключены ко входам соответствующих регистров, выходы которых подключены к индикаторам, выход третьего RS-триггера соединен со вторым входом схемы сравнения, а первый вход схемы сравнения соединен с выходом схемы формирования временного интервала, вход которой соединен с выходом генератора тактовых импульсов, выход схемы сравнения подключен ко входу генератора постоянного тока, к выходу которого подключена подмагничивающая обмотка, в нижнем торце волновода расположена демпфирующая накладка, на которой расположен неподвижный постоянный магнит.