RU2138786C1 - Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах - Google Patents
Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах Download PDFInfo
- Publication number
- RU2138786C1 RU2138786C1 RU96122144A RU96122144A RU2138786C1 RU 2138786 C1 RU2138786 C1 RU 2138786C1 RU 96122144 A RU96122144 A RU 96122144A RU 96122144 A RU96122144 A RU 96122144A RU 2138786 C1 RU2138786 C1 RU 2138786C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- waveguides
- liquid medium
- elastic
- level
- Prior art date
Links
Landscapes
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Способ используется в автоматике и измерительной технике для измерения уровня жидких сред в резервуарах. В резервуар по его высоте, где размещен в жидкой среде первый волновод, помещают дополнительно второй и третий волноводы. Во всех волноводах возбуждают упругие продольные волны нулевого порядка и принимают их после прохождения по волноводам. Измеряют уровни интенсивности упругих волн в попарно выбранных волноводах "второй-первый" и "второй-третий" или "первый-третий" и "второй-третий" и находят отношение относительных уровней интенсивности продольных упругих волн для выбранных пар. Второй волновод изолирован от жидкой среды, а третий контактирует с жидкой средой по всей длине. Повышена точность измерений за счет снижения погрешностей, вызываемых непостоянством параметров жидкой среды и нестабильностью частоты генератора возбуждения. 1 ил.
Description
Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидких сред в резервуарах в теплоэнергетической, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Известен способ измерения жидких сред в резервуарах, когда в них размещают акустические излучатель и приемник, излучают в направлении контролируемой поверхности раздела сред ультразвуковую волну, принимают отраженную волну и измеряют суммарное время прохождения ультразвуковой волны от излучателя до границы раздела сред и от границы раздела сред до приемника [Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука. - М.: Энергия, 1970 г.-80 с. (Б-ка по автоматике. Вып.459)].
Недостатком способа является значительная погрешность измерения из-за непостоянства параметров среды, в которой распространяется ультразвуковая волна.
Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения уровня теплоносителя в резервуаре, когда в последний помещают металлический волновод, контактирующий с жидкостью по ее высоте, возбуждают на одном конце волновода продольную упругую волну нулевого порядка, принимают отраженную от другого конца волновода упругую волну и определяют уровень интенсивности отраженной упругой волны [Мельников В.И., Усынин Г.Б. Акустические методы диагностики двухфазных теплоносителей ЯЭУ. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г. - 168 с.].
Недостатком способа является то, что на результат измерения влияют непостоянство параметров теплоносителя и нестабильность частоты генератора, возбуждающего в волноводе продольную упругую волну нулевого порядка.
Для достижения технического результата - повышение точности измерения уровня жидких сред в резервуарах за счет снижения погрешностей, вызываемых непостоянством параметров жидкости и нестабильностью частоты генератора возбуждения возбуждают продольную упругую волну нулевого порядка на одном конце металлического первого волновода, размещенного в жидкой среде по высоте резервуара, принимают после прохождения по волноводу упругую волну, отраженную от другого защемленного конца первого волновода, и определяют уровень интенсивности упругой волны в месте приема, возбуждают и принимают так же, как и в первом волноводе, продольные упругие волны нулевого порядка во втором и третьем, дополнительно устанавливаемых в резервуарах по его высоте, волноводах, определяют уровни интенсивности в каждом из них отдельно, вычисляют относительные уровни интенсивности упругих волн у приемных концов попарно выбранных волноводов - "второго- первого" и "второго-третьего" или "первого-третьего" и "второго- третьего" и находят отношение относительных уровней интенсивности продольных упругих волн для выбранных пар, причем второй волновод изолирован от жидкой среды, а третий контактирует с жидкой средой по всей длине.
При распространении по волноводу продольных упругих колебаний в последнем, кроме затухания собственно в материале волновода, имеет место дополнительное затухание упругих волн, вызванное излучением волны поверхностью волновода в среду, где он размещен.
При возбуждении продольных волн нулевого порядка с одного конца в трех металлических идентичных волноводах длиной L0 и приеме отраженных от другого конца их упругих волн, причем первый волновод помещен в жидкую среду на глубину L (L≤Lo), а второй и третий размещены по всей длине Lo в газовой и жидкостной средах соответственно, уровни сигналов U1, U2, U3 на выходах приемных трактов их описываются выражениями
U1= k1•k2•U0•exp•[(-2)•(αж•L+αг•(L-L0))] (1)
U2= k1•k2•U0•exp•(-2)•αг•L0 (2)
U3= k1•k2•U0•exp•(-2)•αж•L0 (3)
где Uo - уровень сигнала возбуждения упругих волн в волноводах;
k1 и k2 - коэффициенты, характеризующие соответственно параметры трактов возбуждения и приема волноводов;
αж и αг - коэффициенты затухания упругих волн в волноводах, размещенных в жидкой и газовой средах;
Lo - длина волноводов;
L - уровень жидкости в резервуаре.
U1= k1•k2•U0•exp•[(-2)•(αж•L+αг•(L-L0))] (1)
U2= k1•k2•U0•exp•(-2)•αг•L0 (2)
U3= k1•k2•U0•exp•(-2)•αж•L0 (3)
где Uo - уровень сигнала возбуждения упругих волн в волноводах;
k1 и k2 - коэффициенты, характеризующие соответственно параметры трактов возбуждения и приема волноводов;
αж и αг - коэффициенты затухания упругих волн в волноводах, размещенных в жидкой и газовой средах;
Lo - длина волноводов;
L - уровень жидкости в резервуаре.
Коэффициент 2 в формулах (1)-(3) учитывает двухкратное прохождение упругой волны по волноводу от места возбуждения до места приема, вследствие отражения ее от второго конца волновода.
Выражения (1), (2), (3) получены для случая, когда параметры трактов возбуждения и приема всех трех волноводов идентичны.
Уровни интенсивности принятых сигналов для каждого волновода будут соответственно равны:
B1= ln(U1/U0) = ln(k1•k2)-2αж•L-2αг•(L0-L) (4)
B2= ln(U2/U0) = ln(k1•k2)-2αг•L0 (5)
B3= ln(U3/U0) = ln(k1•k2)-2αж•L0 (6)
Отношения относительных уровней интенсивности для пар волноводов "второй-первый" и "второй-третий" или пар волноводов "первый-третий" и "второй-третий" будут соответственно равны:
Q1=[B2 - B1)/(B2 - В3)] = L/Lo (7)
Q2=[B1 - В3)/(В2 - В3)] = 1- (L/Lo) (8)
и при идентичных параметрах трактов излучения и приема всех трех волноводов отношение уровней интенсивности выбранных пар волноводов обеспечивают независимость показаний уровнемера от параметров контролируемой среды и стабильности частоты генератора возбуждения упругих волн в волноводах.
B1= ln(U1/U0) = ln(k1•k2)-2αж•L-2αг•(L0-L) (4)
B2= ln(U2/U0) = ln(k1•k2)-2αг•L0 (5)
B3= ln(U3/U0) = ln(k1•k2)-2αж•L0 (6)
Отношения относительных уровней интенсивности для пар волноводов "второй-первый" и "второй-третий" или пар волноводов "первый-третий" и "второй-третий" будут соответственно равны:
Q1=[B2 - B1)/(B2 - В3)] = L/Lo (7)
Q2=[B1 - В3)/(В2 - В3)] = 1- (L/Lo) (8)
и при идентичных параметрах трактов излучения и приема всех трех волноводов отношение уровней интенсивности выбранных пар волноводов обеспечивают независимость показаний уровнемера от параметров контролируемой среды и стабильности частоты генератора возбуждения упругих волн в волноводах.
На чертеже представлена структурная схема уровнемера, реализующего способ.
Уровнемер содержит три одинаковых волновода 1, 2 и 3 длиной Lo, каждый из которых помещен в корпуса 4, 5 и 6, причем волновод 1 контактирует с жидкой средой, уровень L которой измеряется. Это обеспечивается перфорацией корпуса 4. Волновод 2 изолирован от жидкой среды, а волновод 3 контактирует с жидкой средой по всей длине Lo, что обеспечивается конструкцией корпусов 5 и 6. Корпуса 4, 5 и 6 с волноводами 1, 2 и 3 размещены в резервуаре 7.
Возбуждение упругих волн в волноводах и их прием осуществляется совмещенными преобразователями 8 (преобразователи 8 работают попеременно сначала в режиме возбуждения продольных волн, затем в режиме приема отраженных волн), которые запитываются от генератора возбуждения 9.
Каждый канал приема упругих волн, кроме преобразователя 8, работающего в режиме приема, содержит усилитель 10, запираемый на момент возбуждения упругих волн в волноводе для предотвращения перегрузки, и блок логарифмирования 11.
Сигналы с выхода блоков 11 поступают в блок вычисления 12 отношения относительных уровней интенсивности.
Уровнемер работает следующим образом.
Импульсы напряжения Uo от генератора 9 возбуждают с помощью преобразователей 8 в волноводах упругие продольные волны нулевого порядка, каждая из которых при распространении вдоль волновода до защемленного конца и обратно испытывает дополнительные затухания, определяемые акустическим сопротивлением среды (жидкость или газ) и размерами поверхности (длиной) волновода, контактирующей с жидкой средой.
Отраженные от защемленных концов волноводов упругие волны преобразователями 8, работающими в режиме приема, преобразуются в напряжения, которые после усиления в усилителях 10 (U1, U2 и U3) и логарифмирования в блоках 11 (B1, B2 и В3) поступают на входы блока 12, где обрабатываются по одному из алгоритмов (7) или (8).
Источники информации
1. Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука. - М.: Энергия, 1970 г. - 80 с. (Б-ка по автоматике. Вып. 459).
1. Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука. - М.: Энергия, 1970 г. - 80 с. (Б-ка по автоматике. Вып. 459).
2. Мельников В.И., Усынин Г. Б. Акустические методы диагностики двухфазных теплоносителей ЯЭУ. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г. - 168 с.
Claims (1)
- Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах, включающий возбуждение продольной упругой волны нулевого порядка на одном конце металлического первого волновода, размещенного в жидкой среде по высоте резервуара, прием упругой волны после прохождения по волноводу, отраженной от другого защемленного конца первого волновода, и определение уровня интенсивности упругой волны в месте приема, отличающийся тем, что возбуждают и принимают так же, как и в первом волноводе, продольные упругие волны нулевого порядка во втором и третьем, дополнительно устанавливаемых в резервуаре по его высоте, волноводах, определяют уровни интенсивности в каждом из них отдельно, вычисляют относительные уровни интенсивности упругих волн у приемных концов попарно выбранных волноводов "второго-первого" и "второго-третьего" или "первого-третьего" и "второго-третьего" и находят отношение относительных уровней интенсивности продольных упругих волн для выбранных пар, причем второй волновод изолирован от жидкой среды, а третий контактирует с жидкой средой по всей длине.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96122144A RU2138786C1 (ru) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU96122144A RU2138786C1 (ru) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU96122144A RU96122144A (ru) | 1999-01-20 |
| RU2138786C1 true RU2138786C1 (ru) | 1999-09-27 |
Family
ID=20187390
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU96122144A RU2138786C1 (ru) | 1996-11-13 | 1996-11-13 | Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2138786C1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592045C1 (ru) * | 2015-02-12 | 2016-07-20 | Владимир Иванович Мельников | Ультразвуковой волноводный сигнализатор уровня жидкости |
| CN107024335A (zh) * | 2016-02-01 | 2017-08-08 | 上海河口海岸科学研究中心 | 一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置 |
-
1996
- 1996-11-13 RU RU96122144A patent/RU2138786C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Мельников В.И., Усыпин Г.Б. Акустические методы диагностики двухфазных теплоносителей ЯЭУ. -М.: Энергоатомиздат, 1987, с. 168 * |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2592045C1 (ru) * | 2015-02-12 | 2016-07-20 | Владимир Иванович Мельников | Ультразвуковой волноводный сигнализатор уровня жидкости |
| CN107024335A (zh) * | 2016-02-01 | 2017-08-08 | 上海河口海岸科学研究中心 | 一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置 |
| CN107024335B (zh) * | 2016-02-01 | 2019-05-03 | 上海河口海岸科学研究中心 | 一种用于波流水槽试验的垂向参数测试方法及其装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2011295676B2 (en) | Method for noninvasive determination of acoustic properties of fluids inside pipes | |
| US11391863B2 (en) | Method of free-field broadband calibration of hydrophone sensitivity based on pink noise | |
| US20120055239A1 (en) | Multiphase fluid characterization system | |
| US4567749A (en) | Process and apparatus for determining the interfacial area in a two-phase mixture incorporating a gaseous phase flowing in the form of bubbles | |
| EP2195611B2 (en) | Acoustic thickness measurements using gas as a coupling medium | |
| US20210293947A1 (en) | Continuous wave ultrasound or acoustic non-destructive testing | |
| CN111586546B (zh) | 一种低频换能器谐振点发射响应的测量方法和系统 | |
| RU2655478C1 (ru) | Способ измерения частотной зависимости коэффициента отражения звука от поверхности | |
| RU2138786C1 (ru) | Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах | |
| KR101391140B1 (ko) | 비선형 파라미터 측정을 위한 초음파 탐촉자 및 이를 포함하는 비선형 파라미터 측정 장치 | |
| JPH07248315A (ja) | 密度計測装置 | |
| Kumar et al. | A novel method to determine the acoustic impedance of membrane material | |
| Di Marcoberardino et al. | Nonlinear multi-frequency transmitter for seafloor characterization | |
| CN2413273Y (zh) | 超声波油水界面检测仪 | |
| SU1196751A1 (ru) | Способ измерени концентрации газовых включений в жидкости | |
| RU94025670A (ru) | Способ контроля состава газовой смеси и жидких сред | |
| SU813349A1 (ru) | Устройство дл градуировки и повер-Ки АппАРАТуРы АКуСТичЕСКОгО КАРОТАжА | |
| SU1231453A1 (ru) | Ультразвуковой измеритель концентрации растворов | |
| RU2221993C1 (ru) | Акустоимпедансный способ измерения уровня жидких сред | |
| JPH04318455A (ja) | 超音波濃度測定装置 | |
| RU2060472C1 (ru) | Уровнемер | |
| SU1727047A1 (ru) | Способ определени нелинейного акустического параметра среды | |
| RU1140571C (ru) | Способ измерения мощности низкочастотного гидроакустического излучателя с внутренней воздушной полостью | |
| Massaad et al. | Towards a calibration-free ultrasonic clamp-on flow meter: Pipe geometry measurements using matrix arrays | |
| SU1022050A1 (ru) | Способ определени рабочей частоты ультразвукового преобразовател |