RU2146358C1 - Device measuring level of liquid media - Google Patents

Device measuring level of liquid media Download PDF

Info

Publication number
RU2146358C1
RU2146358C1 RU98110298A RU98110298A RU2146358C1 RU 2146358 C1 RU2146358 C1 RU 2146358C1 RU 98110298 A RU98110298 A RU 98110298A RU 98110298 A RU98110298 A RU 98110298A RU 2146358 C1 RU2146358 C1 RU 2146358C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
level
signals
amplifier
time interval
receiver
Prior art date
Application number
RU98110298A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Борис Владимирович Жуков
Альберт Алексеевич Воронин
Юрий Александрович Андриенко
Алексей Иванович Черепков
Юрий Михайлович Спалек
Original Assignee
Борис Владимирович Жуков
Альберт Алексеевич Воронин
Юрий Александрович Андриенко
Алексей Иванович Черепков
Юрий Михайлович Спалек
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Борис Владимирович Жуков, Альберт Алексеевич Воронин, Юрий Александрович Андриенко, Алексей Иванович Черепков, Юрий Михайлович Спалек filed Critical Борис Владимирович Жуков
Priority to RU98110298A priority Critical patent/RU2146358C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2146358C1 publication Critical patent/RU2146358C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: petroleum refining industry, water supply systems. SUBSTANCE: proposed device includes measurement tube with acoustic reflector of sounding signal and detectors of acoustic signals, amplifier-former of sounding signals, amplifier-former of received signals, circuit measuring time interval functionally related to measured level and indicator. Second detector of acoustic signals is placed below first detector at fixed distance from it and above maximum permissible level of liquid for given reservoir. Both detectors are located below level of radiator on outer wall of measurement tube and are coupled with inputs to its space via matching transformers and with outputs to signal input of circuit measuring time interval functionally related to measured level via amplifier-former of received signals. Given circuit is based on microprocessor realizing program of control over measurement process, of computation of average value of measured level of liquid in accordance with assignment and initial data by presented formula. First output of microprocessor is connected to control input of amplifier-former of sounding video signals, its second output is linked to input of digital indicator of measured level and its third output is used for connection to outside devices. EFFECT: high precision, reliability of measurement of level of liquid in reservoirs and chutes of various types, simplified design, low power consumption, high operational characteristics and reduced effect of outside noise. 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерению уровня жидкостей акустическим методом и может найти широкое применение в автоматизированных системах контроля и учета в нефтегазоперерабатывающей промышленности, водоснабжении и водоотведении в коммунальном хозяйстве, других отраслях народного хозяйства, связанных с производством, хранением и использованием жидкостей при нормальном атмосферном давлении. The invention relates to measuring the level of liquids by the acoustic method and can be widely used in automated control and metering systems in the oil and gas refining industry, water supply and sanitation in public utilities, other sectors of the economy related to the production, storage and use of liquids at normal atmospheric pressure.

Актуальность разработки новых средств измерения уровня жидких сред в открытых и закрытых, в том числе подземных резервуарах и лотках определяется необходимостью автоматизированного оперативного учета наличия и расхода на всех этапах их производства, хранения и реализации. The relevance of developing new means of measuring the level of liquid in open and closed, including underground tanks and trays, is determined by the need for automated operational accounting of the presence and consumption at all stages of their production, storage and sale.

В настоящее время разработаны различные контактные и дистанционные устройства для измерения уровня жидких сред, в которых используются различные частотные диапазоны, в том числе ультразвуковой и звуковой (акустический). Однако существующие устройства измерения уровня жидкости не обладают достаточной универсальностью, надежностью, точностью, технологичностью, возможностью гибкой, оперативной программной перестройки применительно к условиям эксплуатации. Currently, various contact and remote devices for measuring the level of liquid media have been developed, in which various frequency ranges are used, including ultrasonic and sound (acoustic). However, the existing device for measuring the liquid level does not have sufficient versatility, reliability, accuracy, adaptability, the ability to flexible, operational software adjustment in relation to operating conditions.

Известен акустический уровнемер (а.с. N 821939, М. кл.3 G 01 F 23/28), содержащий измерительный и эталонный датчики, каждый из которых состоит из блока возбуждения зондирующих импульсов, усилителя, излучателя и приемника акустических сигналов, включенных в схему автоциркуляции, трубу эталонного датчика, снабженную фиксированным отражателем, трубу измерительного датчика и регистрирующий блок. С целью повышения точности измерений в эталонной трубе установлены дополнительные фиксированные отражатели, а также введен блок синхронизации, включенный между выходом усилителя эталонного акустического датчика и блоком возбуждения зондирующих импульсов этого датчика.Known acoustic level sensor (AS N 821939, M. class. 3 G 01 F 23/28), containing measuring and reference sensors, each of which consists of a block of excitation of probe pulses, an amplifier, emitter and receiver of acoustic signals included in auto-circulation circuit, a reference sensor pipe equipped with a fixed reflector, a measuring sensor pipe and a recording unit. In order to increase the accuracy of measurements in the reference tube, additional fixed reflectors are installed, and a synchronization unit is inserted, which is connected between the output of the amplifier of the reference acoustic sensor and the excitation block of the probe pulses of this sensor.

Недостатками данного устройства являются использование отдельных блоков излучения и приема для каждой отдельной измерительной и эталонной труб, наличие в эталонной трубе нескольких фиксированных отражателей и применение автоциркуляционной схемы, что в конечном итоге может приводить к увеличению погрешности измерений уровня в некоторых интервалах его значений из-за интерференционных явлений в эталонной трубе, расхождения параметров приемопередающих устройств обоих каналов, остаточных погрешностей в схеме автоциркуляции. The disadvantages of this device are the use of separate radiation and reception units for each individual measuring and reference tubes, the presence of several fixed reflectors in the reference tube and the use of an autocirculation circuit, which ultimately can lead to an increase in the level measurement error in some intervals of its values due to interference phenomena in the reference pipe, discrepancies in the parameters of the transceiver devices of both channels, residual errors in the autocirculation scheme.

Известно устройство для измерения уровня жидких сред (см. а.с. СССР N 1048322, M. кл.3 G 01 F 23/28), содержащее расположенный над контролируемой средой двухлучевой акустический излучатель, генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, электронные ключи, ждущий управляемый мультивибратор, реверсивный счетчик и триггер.A device for measuring the level of liquid media (see AS USSR N 1048322, M. CL 3 G 01 F 23/28), containing located above the controlled medium, a two-beam acoustic emitter, a probe pulse generator, an amplifier driver, electronic keys , waiting controlled multivibrator, reversible counter and trigger.

Недостатками данного устройства, которые могут приводить к снижению точности измерения, являются использование двухлучевого акустического излучателя, обеспечивающего одновременное излучение и прием сигналов во взаимно перпендикулярных плоскостях, необходимость "точной" установки этого излучателя с учетом требований создания "эталонного" расстояния l0 во взаимно перпендикулярных плоскостях, сложный алгоритм формирования информационных сигналов, использование вторично переотраженных сигналов, что накладывает дополнительные требования на уровень излучаемой мощности, расположение эталонного расстояния в горизонтальной плоскости.The disadvantages of this device, which can lead to a decrease in measurement accuracy, are the use of a two-beam acoustic emitter, which provides simultaneous emission and reception of signals in mutually perpendicular planes, the need for "accurate" installation of this emitter taking into account the requirements for creating a "reference" distance l 0 in mutually perpendicular planes , a complex algorithm for generating information signals, the use of second-reflected signals, which imposes additional requirements anija the level of radiated power, the location of a reference distance in the horizontal plane.

Известен акустический уровнемер (пат. RU N 2010180, M.кл.5 G 01 F 23/28), содержащий звукопровод, выполненный в виде трубы, снабженный отражателем со шлифованной поверхностью, акустический измерительный элемент, соединенный с блоком регистрации, стержневой волновод, установленный соосно в трубе. Отражатель выполнен трапецеидальной формы и закреплен на трубе напротив рабочего торца волновода. При этом боковые грани отражателя установлены под углом 60o к горизонтальной грани отражателя, которая расположена перпендикулярно рабочему торцу волновода.A known acoustic level meter (US Pat. RU N 2010180, M.cl. 5 G 01 F 23/28) containing a sound pipe made in the form of a pipe, equipped with a reflector with a polished surface, an acoustic measuring element connected to the recording unit, a rod waveguide installed coaxially in the pipe. The reflector is made in a trapezoidal shape and mounted on a pipe opposite the working end of the waveguide. In this case, the side faces of the reflector are installed at an angle of 60 o to the horizontal side of the reflector, which is perpendicular to the working end of the waveguide.

Недостатки данного устройства определяются крайне сложной структурой звукопровода, что ограничивает области его использования, кроме того, введение отражателя в звукопровод может приводить к интерференционным явлениям за счет многократного отражения от его поверхности. The disadvantages of this device are determined by the extremely complex structure of the sound duct, which limits the scope of its use, in addition, the introduction of a reflector into the sound duct can lead to interference phenomena due to multiple reflection from its surface.

Наиболее близким по назначению и технической сущности к предлагаемому техническому решению аналогом-прототипом может служить акустический уровнемер, защищенный авторским свидетельством СССР N 1615559, М. кл.5 G 01 F 23/28. Он содержит измерительную трубу с акустическим излучателем зондирующего импульса и приемником акустических сигналов, усилитель-формирователь зондирующего видеоимпульса, усилитель-формирователь принятых импульсов, схему измерения временного интервала, пропорционального измеряемому уровню, и индикатор.The closest in purpose and technical essence to the proposed technical solution, the prototype analogue can serve as an acoustic level gauge, protected by copyright certificate of the USSR N 1615559, M. class. 5 G 01 F 23/28. It contains a measuring tube with an acoustic probe emitter and a receiver of acoustic signals, an amplifier-driver of a probe video pulse, an amplifier-driver of received pulses, a measurement circuit for a time interval proportional to the measured level, and an indicator.

Основным недостатком данного устройства (прототипа) является достижение поставленной цели за счет сложного алгоритма обработки принятого сигнала, что, однако, не исключает снижения достоверности результатов измерения из-за изменчивости внешних факторов (установка одного датчика температуры не обеспечивает достоверности учета обычно неравномерного в вертикальной и горизонтальной плоскостях распределения температуры внутри резервуара). Другие недостатки связаны с установкой излучателя и приемника на одном уровне, что может приводить к необоснованному увеличению диаметра трубы, снижению энергетических показателей устройства и ограничению возможностей его применения. The main disadvantage of this device (prototype) is the achievement of the goal due to the complex algorithm for processing the received signal, which, however, does not exclude a decrease in the reliability of the measurement results due to the variability of external factors (the installation of a single temperature sensor does not provide reliable metering usually uneven in vertical and horizontal temperature distribution planes inside the tank). Other disadvantages are associated with the installation of the emitter and receiver at the same level, which can lead to an unreasonable increase in the diameter of the pipe, a decrease in the energy performance of the device and a limitation of the possibilities of its use.

Задачей настоящего изобретения является разработка устройства, обеспечивающего повышение точности и надежности измерения уровня жидкостей в резервуарах и лотках различных типов (открытых, закрытых, подземных), упрощение алгоритма формирования информационных сигналов, снижение влияния внешних помех, снижение энергоемкости, улучшение эксплуатационных параметров. The objective of the present invention is to develop a device that improves the accuracy and reliability of measuring the level of liquids in tanks and trays of various types (open, closed, underground), simplifies the algorithm for generating information signals, reduces the influence of external noise, reduces energy consumption, improves operational parameters.

Согласно изобретению поставленная задача решена следующим образом. В устройство для измерения уровня жидких сред, содержащее измерительную трубу с акустическим излучателем зондирующего сигнала и первым приемником акустических сигналов, усилитель - формирователь зондирующего видеосигнала, усилитель - формирователь принятых сигналов, схему измерения временного интервала, функционально связанного с измеряемым уровнем, и индикатор, дополнительно введен второй приемник, акустических сигналов, расположенный ниже первого приемника на фиксированном расстоянии от него и выше максимально допустимого уровня жидкости для данного резервуара. Причем оба приемника установлены ниже уровня излучателя на наружной стенке измерительной трубы и связаны входами с ее полостью через согласующие трансформаторы, а выходами через усилитель - формирователь принятых сигналов подключены к сигнальному входу схемы измерения временного интервала, функционально связанного с измеряемым уровнем, выполненной в виде микропроцессора, реализующего заданную программу управления процессом измерения и вычисления усредненного значения измеряемого уровня жидкости lж в соответствии с исходными данными по формуле

Figure 00000002

где L - расстояние от второго приемника до дна резервуара; l0 - фиксированное расстояние между приемниками; N - количество последних отсчетов, по которым проводится усреднение результатов измерения уровня; txi - временной интервал между зондирующим и отраженным сигналами, принятыми вторым приемником в i - м измерении; toi - временной интервал между приемом зондирующего сигнала, принятого первым и вторым приемниками в i - м измерении; t'oi - временной интервал между приемом отраженного сигнала вторым и первым приемниками в i - м измерении. При этом первый выход микропроцессора, синхронизирующий, соединен с управляющим входом усилителя - формирователя зондирующих видеосигналов, к выходу которого подключен акустический излучатель, второй выход микропроцессора, информационный, соединен с входом индикатора измеряемого уровня, а третий выход служит для связи с внешними устройствами.According to the invention, the task is solved as follows. In the device for measuring the level of liquid media containing a measuring tube with an acoustic emitter of a sounding signal and a first receiver of acoustic signals, an amplifier is a driver of a sounding video signal, an amplifier is a driver of received signals, a measurement circuit of a time interval functionally associated with the measured level, and an indicator is further introduced a second receiver of acoustic signals located below the first receiver at a fixed distance from it and above the maximum allowable level liquid for the reservoir. Moreover, both receivers are installed below the level of the emitter on the outer wall of the measuring tube and are connected by inputs to its cavity through matching transformers, and outputs through an amplifier — a shaper of received signals are connected to the signal input of the measurement circuit of the time interval functionally connected with the measured level, made in the form of a microprocessor, implementing a predetermined program and controls the measuring process of calculating the average value of the measured liquid level l x under the original Func E by the formula
Figure 00000002

where L is the distance from the second receiver to the bottom of the tank; l 0 - fixed distance between receivers; N is the number of recent readings by which the results of level measurement are averaged; t xi is the time interval between the probing and reflected signals received by the second receiver in the i-th dimension; t oi is the time interval between the reception of the probe signal received by the first and second receivers in the i-th dimension; t ' oi is the time interval between the reception of the reflected signal by the second and first receivers in the i-th dimension. In this case, the first output of the microprocessor, synchronizing, is connected to the control input of the amplifier - the shaper of the probing video signals, to the output of which an acoustic emitter is connected, the second output of the microprocessor, information, is connected to the input of the indicator of the measured level, and the third output is used to communicate with external devices.

Поставленная задача в данном изобретении достигается следующим образом:
- введение второго приемника акустических сигналов, установленного ниже первого приемника, на фиксированном расстоянии от него, позволяет применить простой алгоритм формирования информационных сигналов, обеспечивает возможность использования части измерительной трубы, расположенной между первым и вторым приемниками, в качестве эталонного участка, необходимого для повышения точности измерений уровня;
- введение микропроцессора обеспечивает расширение функциональных возможностей устройства, возможность индивидуальной адаптации каждого устройства к условиям эксплуатации, повышения коммерческой точности измерений за счет текущего усреднения результатов измерений, подключение устройства к различным системам сбора и обработки данных;
- установка первого и второго приемников на наружной стенке измерительной трубы позволяет повысить надежность устройства за счет устранения интерференционных явлений внутри измерительной трубы, обеспечивает увеличение помехозащищенности устройства от внутренних и внешних помех, повышает технологичность устройства в процессе его изготовления и улучшает эксплуатационные характеристики.
The task in this invention is achieved as follows:
- the introduction of a second receiver of acoustic signals, mounted below the first receiver, at a fixed distance from it, allows you to use a simple algorithm for generating information signals, provides the possibility of using part of the measuring tube located between the first and second receivers as a reference section, necessary to improve the accuracy of measurements level;
- the introduction of a microprocessor provides the expansion of the device’s functionality, the possibility of individual adaptation of each device to operating conditions, increase the commercial accuracy of measurements due to the current averaging of measurement results, connecting the device to various data collection and processing systems;
- the installation of the first and second receivers on the outer wall of the measuring tube improves the reliability of the device by eliminating interference phenomena inside the measuring tube, provides increased noise immunity of the device from internal and external interference, increases the manufacturability of the device during its manufacture and improves operational characteristics.

Совокупность вышеизложенных признаков изобретения реализуется в формуле измерения уровня L = f(lж; txi; toi; t'oi), позволяющей существенно снизить систематическую погрешность, обусловленную погрешностью установки приемников и разбросом длины эталонного расстояния, а также снизить случайные погрешности в

Figure 00000003
раз.The set of the foregoing features of the invention is implemented in the formula for measuring the level L = f (l W ; t xi ; t oi ; t ' oi ), which can significantly reduce the systematic error due to the error in the installation of receivers and the spread of the length of the reference distance, as well as to reduce random errors in
Figure 00000003
time.

Сущность изобретения поясняется чертежами, на которых изображено:
на фиг. 1 - блок-схема предлагаемого устройства для измерения уровня жидких сред;
на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства;
на фиг. 3 - иллюстрация к устранению влияния погрешности установки приемников.
The invention is illustrated by drawings, which depict:
in FIG. 1 is a block diagram of the proposed device for measuring the level of liquid media;
in FIG. 2 is a timing diagram of the operation of the device;
in FIG. 3 is an illustration of eliminating the influence of an error in the installation of receivers.

Предлагаемое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре (емкости) 1 содержит измерительную трубу 2, вертикально устанавливаемую в резервуар 1. В нижней части трубы 2 имеются отверстия 3 для поступления жидкости из емкости 1 в измерительную трубу 2, а в верхней части - вентиляционные отверстия 4 связи ее внутренней полости с атмосферой для устранения избыточного давления паров жидкости и достижения равномерного их распределения вдоль измерительной трубы 2. На верхнем конце измерительной трубы 2 установлен акустический излучатель 5. На наружной стенке трубы 2 установлены на фиксированном расстоянии друг от друга по высоте два приемника 6, 7 акустических сигналов, причем первый, верхний, приемник 6 расположен ниже уровня излучателя 5, а второй, нижний, приемник 7 расположен выше максимально допустимого уровня жидкости для данного резервуара 1. Входы приемников 6, 7 связаны с внутренним объемом трубы 2 с помощью согласующих трансформаторов 8, 9 (отверстий связи). Вторичная схема устройства содержит усилитель - формирователь 10 зондирующих видеосигналов, усилитель - формирователь 11 принятых сигналов, микропроцессор 12, реализующий заданную программу управления процессом измерения, вычисления усредненного значения измеряемого уровня в зависимости от назначения и исходных данных, управления индикатором 13 и связи с внешними устройствами. Выходы обоих приемников 6, 7 через усилитель - формирователь 11 принятых сигналов подключены к сигнальному входу микропроцессора 12, первый, синхронизирующий, выход которого подключен к управляющему входу усилителя - формирователя 10 зондирующих видеосигналов, соединенного своим выходом с акустическим излучателем 5. Второй выход микропроцессора 12, информационный, соединен с входом индикатора 13 измеряемого уровня. Третий выход микропроцессора 12 служит для связи с внешними устройствами, например ЭВМ и т.д. The proposed device for measuring the liquid level in the tank (tank) 1 contains a measuring pipe 2, vertically mounted in the tank 1. In the lower part of the pipe 2 there are openings 3 for the liquid from the tank 1 to the measuring pipe 2, and in the upper part there are ventilation holes 4 the connection of its internal cavity with the atmosphere to eliminate excess vapor pressure of the liquid and achieve uniform distribution along the measuring tube 2. At the upper end of the measuring tube 2 is installed acoustic emitter 5. On the outer wall of the pipe 2 are installed at a fixed distance from each other in height two receivers 6, 7 of acoustic signals, the first, upper, receiver 6 is located below the level of the emitter 5, and the second, lower, receiver 7 is located above the maximum allowable liquid level for this reservoir 1. The inputs of the receivers 6, 7 are connected with the internal volume of the pipe 2 using matching transformers 8, 9 (communication holes). The secondary circuit of the device contains an amplifier — shaper 10 of the probing video signals, an amplifier — shaper 11 of received signals, a microprocessor 12 that implements a given program for controlling the measurement process, calculating the average value of the measured level depending on the purpose and source data, controlling the indicator 13, and communication with external devices. The outputs of both receivers 6, 7 through the amplifier - driver 11 of the received signals are connected to the signal input of the microprocessor 12, the first, synchronizing, the output of which is connected to the control input of the amplifier - driver 10 of the probing video signals, connected by its output to the acoustic emitter 5. The second output of the microprocessor 12, informational, connected to the input of the indicator 13 of the measured level. The third output of the microprocessor 12 is used for communication with external devices, such as computers, etc.

Вычисления измеряемого уровня в микропроцессоре 12 осуществляется по формуле:

Figure 00000004

где L - расстояние от второго приемника 7 до дна резервуара 1; l0 - фиксированное расстояние между приемниками 6, 7; N - количество отсчетов, по которым проводится усреднение результатов измерения уровня; txi - временной интервал между зондирующим и отраженным сигналами, принятыми вторым приемником в i - м измерении; toi - временной интервал между приемом зондирующего импульса первым и вторым приемниками в i - м измерении; t'oi - временной интервал между приемом отраженного сигнала вторым и первым приемниками i - м измерении.The calculation of the measured level in the microprocessor 12 is carried out according to the formula:
Figure 00000004

where L is the distance from the second receiver 7 to the bottom of the tank 1; l 0 - a fixed distance between the receivers 6, 7; N is the number of samples over which the level measurement results are averaged; t xi is the time interval between the probing and reflected signals received by the second receiver in the i-th dimension; t oi is the time interval between the reception of the probe pulse by the first and second receivers in the i-th dimension; t ' oi is the time interval between the reception of the reflected signal by the second and first receivers of the i-th dimension.

Предложенное устройство для измерения уровня жидких сред работает следующим образом. The proposed device for measuring the level of liquid media works as follows.

Микропроцессор 12 вырабатывает сигнал (см. фиг. 2a) запуска усилителя - формирователя 10 зондирующего видеосигнала. Излучатель 5 излучает в измерительную трубу 2 зондирующий сигнал, который через трансформаторы связи 8, 9 в моменты времени tизл1 и tизл2 поступает на входы приемников 6, 7, где происходит преобразование в электрические сигналы Vизл1 и Vизл2 и усиление. С выхода приемников 6, 7 сигналы Vизл1 и Vизл2 поступают на вход усилителя - формирователя 11, где из каждого из них формируются (входные для микропроцессора 12) видеоимпульсы, условно представленные в виде видеоимпульсов 1изл и 2изл соответственно на фиг.2б.The microprocessor 12 generates a signal (see Fig. 2a) to start the amplifier - shaper 10 of the probing video signal. The emitter 5 emits a probing signal into the measuring tube 2, which, through communication transformers 8, 9, at the instants of time t out1 and t out2 enters the inputs of the receivers 6, 7, where the conversion into electrical signals V out1 and V out2 and amplification takes place. From the output of the receivers 6, 7, the signals V out1 and V out2 go to the input of the amplifier - shaper 11, where each of them is formed (input for microprocessor 12) video pulses, conventionally presented in the form of video pulses 1 rad and 2 rad respectively in Fig.2b.

Зондирующий сигнал, достигнув поверхности жидкости и отразившись от нее, вновь через трансформаторы 9, 8 связи в моменты времени tотр2 и tотр1 поступает на входы приемников 7, 6 соответственно, где принятые отраженные сигналы Vотр2 и Vотр1, аналогично зондирующим, после преобразования и усиления поступают на вход усилителя - формирователя 11, где из каждого из них также формируются входные видеоимпульсы микропроцессора 12, условно представленные в виде видеоимпульсов 2отр и 1отр соответственно на фиг.2б.The sounding signal, having reached the surface of the liquid and reflected from it, again through the connection transformers 9, 8 at the instants of time t OTP2 and t OTR1 goes to the inputs of the receivers 7, 6, respectively, where the received reflected signals V OTR2 and V OTR1 , similar to the probing ones, after conversion and the gain applied to the input of the amplifier - shaper 11, where each of them is also the input video pulses formed by the microprocessor 12 conventionally provided in the form of video pulses 2 and 1 Neg Neg 2b respectively.

Видеоимпульсы 1изл; 2изл; 2отр и 1отр поступают на информационный вход микропроцессора 12, который производит измерение следующих временных интервалов:
- эталонного (первого), соответствующего временному интервалу t0 = tизл- tизл1 (см. фиг. 2в);
- измеряемого, соответствующего временному интервалу tx = tотр2 - tизл1 (см. фиг. 2г);
- эталонного (второго), соответствующего временному интервалу t'o = tотр1 - tотр2 (см. фиг. 2д).
1 rad video pulses; 2 rad; 2 neg and 1 neg arrive at the information input of microprocessor 12, which measures the following time intervals:
- the reference (first) corresponding to the time interval t 0 rad = t - t izl1 (see Figure 2c..);
- measured, corresponding to the time interval t x = t spr2 - t outl1 (see Fig. 2d);
- reference (second), corresponding to the time interval t ' o = t otr1 - t otr2 (see Fig. 2e).

После поступления четвертого импульса (см. импульс 1отр на фиг. 2в) на информационный вход микропроцессора 12 в нем запрещен прием какой-либо информации с этого входа до выработки следующего сигнала запуска. Сигнал запрета условно изображен на фиг. 2е.After the fourth pulse (see pulse 1 OTP in Fig. 2c) is received at the information input of microprocessor 12, it is forbidden to receive any information from this input until the next trigger signal is generated. The inhibit signal is conventionally shown in FIG. 2e.

В микропроцессоре 12 определяются длительности временных интервалов t0, tx, t'o и вычисляется уровень жидкости lж по формуле

Figure 00000005

где L - расстояние от второго приемника 7 до дна резервуара 1; l0 - фиксированное расстояние между первым и вторым приемниками 6, 7; N - количество отсчетов, по которым проводится усреднение результатов измерения уровня; txi - временной интервал между зондирующим и отраженным сигналами, принятыми вторым приемником в i - м измерении; toi - временной интервал между приемом зондирующего сигнала первым и вторым приемниками в i - м измерении; t'oi - временной интервал между приемом отраженного сигнала вторым и первым приемниками в i - м измерении.The microprocessor 12 determines the duration of time intervals t 0 , t x , t ' o and calculates the liquid level l W by the formula
Figure 00000005

where L is the distance from the second receiver 7 to the bottom of the tank 1; l 0 - a fixed distance between the first and second receivers 6, 7; N is the number of samples over which the level measurement results are averaged; t xi is the time interval between the probing and reflected signals received by the second receiver in the i-th dimension; t oi is the time interval between the reception of the sounding signal by the first and second receivers in the i-th dimension; t ' oi is the time interval between the reception of the reflected signal by the second and first receivers in the i-th dimension.

Результат измерения со второго выхода микропроцессора 12 поступает на вход индикатора 13, а с третьего выхода - на вход внешних устройств, например ЭВМ, система сбора информации, управления и т.д. The measurement result from the second output of the microprocessor 12 is fed to the input of the indicator 13, and from the third output to the input of external devices, such as computers, information collection, control systems, etc.

Для уменьшения времени реакции на измерение уровня жидкости информация на индикатор выдается после каждого зондирующего импульса, а определение уровня по приведенной выше формуле проводится для N последних результатов измерения. To reduce the reaction time to measuring the liquid level, information is displayed on the indicator after each probe pulse, and the level is determined by the above formula for the N last measurement results.

Предложенное устройство позволяет по измеренному уровню определять объем и массу жидкости в резервуаре по внесенным в ПЗУ процессора паспортным данным резервуара и плотности жидкости, а также определять текущий расход (приход) жидкости в резервуарах и лотках по заданному алгоритму "уровень - расход". The proposed device allows the measured level to determine the volume and mass of liquid in the tank according to the passport data of the tank and the density of the liquid entered in the processor ROM, as well as determine the current flow rate (intake) of the liquid in the tanks and trays according to the specified level-flow algorithm.

Повышение точности результатов измерений в данном устройстве достигается следующим образом:
- измеряемые временные интервалы toi, txi и t'oi связаны с соответствующими расстояниями между обоими приемниками и между вторым приемником и поверхностью жидкости известными выражениями:
toi = t'oi = l0 / Voi и txi = 2lx / Vxi,
где Voi и Vxi - величины скорости звука в измерительной трубе на ее участках между первым и вторым приемниками и между вторым приемником и уровнем жидкости в i - м измерении соответственно.
Improving the accuracy of the measurement results in this device is achieved as follows:
- the measured time intervals t oi , t xi and t ' oi are related to the corresponding distances between both receivers and between the second receiver and the surface of the liquid by known expressions:
t oi = t ' oi = l 0 / V oi and t xi = 2l x / V xi ,
where V oi and V xi are the values of the speed of sound in the measuring tube in its sections between the first and second receivers and between the second receiver and the liquid level in the ith measurement, respectively.

Наличие отверстий 4 в верхней части измерительной трубы 2 приводит к тому, что в ней устанавливается отношение скоростей звука Vxi / Voi, величина которого практически не зависит от внешних условий и близка к единице (в силу соизмеримости протяженностей участков lx и l0). В этом случае отношение

Figure 00000006

а значит, и расчетное выражение для определения уровня жидкости lж практически не зависит от внешних условий;
- при измерении суммарного эталонного временного интервала (to + t'o) для излученных и отраженных сигналов исключается погрешность установки обоих приемников, являющаяся источником систематической погрешности измерения уровня. Действительно, моменты появления сигналов на входах приемников можно представить следующим образом (см. фиг. 3):
tизл1= t1+Δt1;
tизл2= t1+tэт+Δt2;
tотр2= t1+tэт+tx+Δt2;
tотр1= t1+tэт+tx+tэт+Δt1.
где t1 - временной интервал прохождения сигнала от излучателя до плоскости расположения первого приемника; tэт - временной интервал происхождения сигналов от плоскости расположения первого приемника до плоскости расположения второго приемника; tx - временной интервал происхождения сигнала от плоскости расположения второго приемника до плоскости отражения жидкостью и обратно: Δt1 и Δt2 - временные интервалы прохождения сигналов от плоскости расположения первого и второго приемников до их входных устройств соответственно.The presence of holes 4 in the upper part of the measuring tube 2 leads to the fact that it establishes the ratio of sound velocities V xi / V oi , the value of which is practically independent of external conditions and is close to unity (due to the commensurability of the lengths of the sections l x and l 0 ) . In this case, the ratio
Figure 00000006

and therefore, the calculated expression for determining the liquid level l w practically does not depend on external conditions;
- when measuring the total reference time interval (t o + t ' o ) for the emitted and reflected signals, the installation error of both receivers is eliminated, which is the source of the systematic level measurement error. Indeed, the moments of the appearance of signals at the inputs of the receivers can be represented as follows (see Fig. 3):
t outl1 = t 1 + Δt 1 ;
t out2 = t 1 + t et + Δt 2 ;
t ad2 = t 1 + t et + t x + Δt 2 ;
t adr1 = t 1 + t et + t x + t et + Δt 1 .
where t 1 - the time interval of the signal from the emitter to the plane of the first receiver; t et - the time interval of the origin of the signals from the plane of the first receiver to the plane of the second receiver; t x is the time interval of the signal origin from the plane of the second receiver to the plane of reflection by liquid and vice versa: Δt 1 and Δt 2 are the time intervals of the passage of signals from the plane of the first and second receivers to their input devices, respectively.

Измеряемые интервалы to и t'o определяются выражениями:
to= tизл2-tизл1= tэт+Δt2-Δt1;

Figure 00000007

а их сумма очевидным образом не зависит от расстояния между осевой линией измерительной трубы и чувствительным элементом каждого приемника, что помимо снижения систематической для каждого образца погрешности измерений улучшает технологичность устройства.The measured intervals t o and t ' o are determined by the expressions:
t o = t out2 -t out1 = t et + Δt 2 -Δt 1 ;
Figure 00000007

and their sum obviously does not depend on the distance between the axial line of the measuring tube and the sensing element of each receiver, which, in addition to reducing the systematic measurement error for each sample, improves the manufacturability of the device.

Повышение надежности измерений, снижение влияния внутренних и внешних помех, универсальность в данном устройстве достигается использованием звуковода, согласованного с излучателем, и установкой приемников на его наружной стенке, что полностью исключает возможность возникновения дополнительных переотраженных сигналов, а также позволяет снизить энергоемкость всего устройства. Improving the reliability of measurements, reducing the influence of internal and external interference, versatility in this device is achieved by using a sound guide that is matched with the emitter, and installing receivers on its outer wall, which completely eliminates the possibility of additional reflected signals, and also reduces the energy consumption of the entire device.

Таким образом, предложенное устройство измерения уровня жидких сред обеспечивает повышение точности и надежности результатов измерения, сохраняет работоспособность в условиях внешних акустических помех, технологично и обладает пониженным энергопотреблением. Thus, the proposed device for measuring the level of liquid media provides improved accuracy and reliability of the measurement results, maintains operability in conditions of external acoustic noise, is technologically advanced and has low power consumption.

Кроме того, предложенное устройство обладает универсальностью за счет возможности использования в резервуарах и лотках различного назначения, в том числе с движущимися жидкостями, возможностью смены материала измерительной трубы (металл, пластмасса, стекло и т.д.) для различных типов жидкостей, возможностью индивидуальной перестройки исходных данных по месту установки устройства, а также определения объема, массы и расхода жидкости. In addition, the proposed device is versatile due to the possibility of using in tanks and trays for various purposes, including with moving liquids, the ability to change the material of the measuring tube (metal, plastic, glass, etc.) for various types of liquids, the possibility of individual adjustment source data at the installation site of the device, as well as determining the volume, mass and flow rate of the liquid.

В настоящее время макет устройства по данному изобретению изготовлен и проверена его работоспособность в лабораторных и производственных условиях. Currently, the layout of the device according to this invention is made and tested for its working capacity in laboratory and industrial conditions.

Claims (1)

Устройство для измерения уровня жидких сред, содержащее измерительную трубу с акустическим излучателем зондирующего сигнала и первым приемником акустических сигналов, усилитель-формирователь зондирующих сигналов, усилитель-формирователь принятых сигналов, схему измерения временного интервала, функционально связанного с измеряемым уровнем, и индикатор, отличающееся тем, что в него введен второй приемник акустических сигналов, расположенный ниже первого приемника на фиксированном расстоянии от него и выше максимально допустимого уровня жидкости для данного резервуара, причем оба приемника установлены ниже уровня излучателя на наружной стенке измерительной трубы и связаны входами с ее полостью через согласующие трансформаторы, а выходами через усилитель-формирователь принятых сигналов подключены к сигнальному входу схемы измерения временного интервала, функционально связанного с измеряемым уровнем, выполненной на микропроцессоре, реализующем заданную программу управления процессом измерения и вычисления усредненного значения измеряемого уровня жидкости lж в соответствии с назначением и исходными данными по формуле
Figure 00000008

где L - расстояние от второго приемника до дна резервуара;
l0 - фиксированное расстояние между обоими приемниками;
N - количество последних отсчетов, по которым проводится усреднение результатов измерения уровня;
txi - временной интервал между зондирующим и отраженным сигналами, принятыми вторым приемником в i-м измерении;
toi - временной интервал между приемом зондирующего сигнала первым и вторым приемниками в i-м измерении;
toi' - временной интервал между приемом отраженного сигнала вторым и первым приемниками в i-м измерении,
при этом первый выход микропроцессора, синхронизирующий, соединен с управляющим входом усилителя-формирователя зондирующих видеосигналов, к выходу которого подключен акустический излучатель, второй выход микропроцессора, информационный, соединен с входом индикатора измеряемого уровня, а третий выход служит для связи с внешними устройствами.
A device for measuring the level of liquid media containing a measuring tube with an acoustic emitter of a sounding signal and a first receiver of acoustic signals, an amplifier-driver of the probing signals, an amplifier-driver of the received signals, a circuit for measuring a time interval functionally associated with the measured level, and an indicator, characterized in that a second receiver of acoustic signals is introduced into it, located below the first receiver at a fixed distance from it and above the maximum allowable ur liquid for a given tank, both receivers installed below the level of the emitter on the outer wall of the measuring tube and connected by inputs to its cavity through matching transformers, and outputs through the amplifier-driver of the received signals are connected to the signal input of the measurement circuit of the time interval functionally associated with the measured level executed on a microprocessor that implements a given program for controlling the measurement process and calculating the average value of the measured liquid level l w in accordance with the purpose and initial data according to the formula
Figure 00000008

where L is the distance from the second receiver to the bottom of the tank;
l 0 - fixed distance between both receivers;
N is the number of recent readings by which the results of level measurement are averaged;
t xi is the time interval between the probing and reflected signals received by the second receiver in the i-th dimension;
t oi is the time interval between the reception of the sounding signal by the first and second receivers in the i-th dimension;
t oi ' is the time interval between the reception of the reflected signal by the second and first receivers in the i-th dimension,
the first output of the microprocessor synchronizing is connected to the control input of the amplifier-driver of the probing video signals, the output of which is connected to an acoustic emitter, the second output of the microprocessor, information, is connected to the input of the indicator of the measured level, and the third output is used to communicate with external devices.
RU98110298A 1998-06-01 1998-06-01 Device measuring level of liquid media RU2146358C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98110298A RU2146358C1 (en) 1998-06-01 1998-06-01 Device measuring level of liquid media

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU98110298A RU2146358C1 (en) 1998-06-01 1998-06-01 Device measuring level of liquid media

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2146358C1 true RU2146358C1 (en) 2000-03-10

Family

ID=20206626

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU98110298A RU2146358C1 (en) 1998-06-01 1998-06-01 Device measuring level of liquid media

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2146358C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723149C1 (en) * 2019-03-25 2020-06-09 Владимир Иванович Мельников Ultrasound acoustoimpedance liquid level meter

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2723149C1 (en) * 2019-03-25 2020-06-09 Владимир Иванович Мельников Ultrasound acoustoimpedance liquid level meter

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5226320A (en) Measuring device and process for determining the fill level in fluid containers, preferably for tank installations, with a sound waveguide
KR960013251B1 (en) Flow metter
US8141434B2 (en) Flow measuring apparatus
JP2918126B2 (en) Fluid level measurement method and device
US4578997A (en) Time-shaped AGC for ultrasonic liquid level meter of the echo-ranging type
CA1142636A (en) Method and apparatus for determining fluid flow
EP2673598B1 (en) Determining delay times for ultrasonic flow meters
RU2199010C2 (en) Method and device for measurement of well characteristics and properties of formations
JPH05231905A (en) Distance measuring equipment and method
EP2153182B1 (en) Distance measurement apparatus and related methods
JP2001228010A (en) Measuring system and probe
CN100504311C (en) Apparatus and method using an array of ultrasonic sensors for determining the velocity of a fluid within a pipe
US6202484B1 (en) Method and device for determining a liquid level with the aid of ultrasonic pulses
US5062295A (en) Dual tube sonic level gage
JPS59135323A (en) Method and device for measuring quantity of liquid in tank
CN114088151B (en) External clamping type multichannel ultrasonic flow detection device and detection method
RU2146358C1 (en) Device measuring level of liquid media
US5099691A (en) Method for measuring length, and apparatus for implementing the method
US20210223076A1 (en) Method and system of acoustic wave measurement of axial velocity distribution and flow rate
BRPI0615188A2 (en) Method, system and ultrasonic flowmeter
US5184512A (en) Measuring the length of a column of fluid in a tube
RU2799038C1 (en) Method for measuring liquid flow
CN219551652U (en) Device for measuring sound path of flowmeter transducer by utilizing ultrasonic time difference
SU1786458A1 (en) Acoustical profiler of underground wells filled with water
KR101324574B1 (en) Clamp-on type ultrasonic flowmeter and the measuring method of correction data