RU2222786C1 - Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge - Google Patents

Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge Download PDF

Info

Publication number
RU2222786C1
RU2222786C1 RU2003104681/28A RU2003104681A RU2222786C1 RU 2222786 C1 RU2222786 C1 RU 2222786C1 RU 2003104681/28 A RU2003104681/28 A RU 2003104681/28A RU 2003104681 A RU2003104681 A RU 2003104681A RU 2222786 C1 RU2222786 C1 RU 2222786C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
level
winding
sound
ultrasonic vibrations
formation
Prior art date
Application number
RU2003104681/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
А.Ю. Банщиков
А.В. Сельсков
А.Б. Костюков
Д.Л. Высокос
Original Assignee
Банщиков Алексей Юрьевич
Сельсков Анатолий Васильевич
Костюков Андрей Борисович
Высокос Дмитрий Львович
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 Банщиков Алексей Юрьевич, Сельсков Анатолий Васильевич, Костюков Андрей Борисович, Высокос Дмитрий Львович filed Critical Банщиков Алексей Юрьевич
Priority to RU2003104681/28A priority Critical patent/RU2222786C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2222786C1 publication Critical patent/RU2222786C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)

Abstract

FIELD: measurement technology, measurement of level of liquids, predominantly, in tanks. SUBSTANCE: procedure includes formation and generation of electric pulse of specified duration. Then formed electric pulse is converted to ultrasonic vibrations in acoustic line by deformation of acoustic line with formation of alternating magnetic flux over entire length of winding of excitation coil. Magnetic flux is formed by supply of formed electric pulse of specified duration into winding of excitation coil, by action of alternating magnetic flux flowing through section of winding of excitation coil on permanent magnetic field and by change of resultant of magnetic field. Ultrasonic vibrations are converted to electric oscillations by deformation of crystal of ferroelectric of piezodetector exposed to ultrasonic vibrations. Time interval of passage of ultrasonic vibrations is measured. Level of liquid is established by known velocity of sound in acoustic line and measured time interval. Time interval between time moment of supply of formed pulse of specified duration into winding of excitation coil and time moment of formation of electric oscillations across piezodetector is assumed to be time interval of passage of ultrasonic vibrations. Magnetostrictive level gauge includes sensitive element with acoustic line made of magnetostrictive material placed into dielectric tube, winding wound on dielectric tube, at least one float with magnetic unit of n permanent magnets ( where n=1, 2,...i ) mounted around insulation sheath for movement along it, electric pulse generator, unit establishing level, piezodetector, former of digital pulse from converted electric oscillations from piezodetector, unit determining time interval between time moment of formation of magnetoelastic effect and time moment of formation of piezoelectric effect. All mentioned components are properly interconnected. EFFECT: improved safety of measurement of level of liquid thanks to possibility of decrease of consumed voltage and capability for remote measurement. 2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей преимущественно в резервуарах. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure the level of liquids mainly in tanks.

Известен способ измерения уровня жидкости, основанный на генерировании ультразвуковых колебаний и позволяющий измерять интервалы времени между появлениями колебаний на выходе генератора и приходом отраженного выходного сигнала [1, 2]. A known method of measuring the liquid level, based on the generation of ultrasonic vibrations and allows you to measure the time intervals between the appearance of oscillations at the output of the generator and the arrival of the reflected output signal [1, 2].

Устройство измерения уровня жидкости, работающее на этом принципе содержит уровнемерную трубку, специальный звукопровод в виде металлического сердечника, на котором расположена первичная обмотка линейного трансформатора, электроакустический преобразователь, нагруженный на звукопровод, а также поплавок, охватывающий уровнемерную трубку [1, 2]. В блок вторичной электронной аппаратуры входит импульсный генератор, формирователь импульсов отраженных сигналов, логический блок и другие элементы, содержание которых зависит от способа измерения временного интервала. A liquid level measuring device operating on this principle contains a level tube, a special sound duct in the form of a metal core, on which the primary winding of the linear transformer is located, an electro-acoustic transducer loaded on the sound duct, and also a float covering the level tube [1, 2]. The block of secondary electronic equipment includes a pulse generator, a pulse shaper of reflected signals, a logic block and other elements, the content of which depends on the method of measuring the time interval.

Недостатком данных способа и устройства измерения уровня жидкости являются сравнительно узкий диапазон измерения и низкая точность при измерении больших уровней. The disadvantage of the data of the method and device for measuring the liquid level is the relatively narrow measurement range and low accuracy when measuring large levels.

Известен также способ измерения уровня жидкости, основанный на вычислении интервала времени между моментом излучения звуковой волны в звукопровод и появлением электрического импульса на измерительной обмотке. Появление этого электрического импульса происходит в связи с магнитоупругим эффектом [3]. There is also a method of measuring the liquid level, based on the calculation of the time interval between the moment of emission of a sound wave into the sound pipe and the appearance of an electric pulse on the measuring winding. The appearance of this electrical impulse occurs in connection with the magnetoelastic effect [3].

Устройство измерения уровня жидкости с лучшими характеристиками [3], разработанный Рязанским заводом "Теплоприбор" - уровнемер типа РУМБ-БК имеет диапазон измерения уровня до 4 м при длине линии связи между датчиком и блоком вторичной электронной аппаратуры до 300 м. При этом абсолютная погрешность измерения не превышает ±2 мм. В середине линии связи включается промежуточный усилитель. В конструкцию уровнемера входит герметизированная уровнемерная трубка, которая устанавливается в резервуар с жидкостью, звукопровод в виде стержня из материала с хорошим магнитоупругим эффектом, пьезоизлучатель, нагруженный на звукопровод, равномерно намотанная на звукопроводе измерительная обмотка, подключенная к блоку вторичной электронной аппаратуры, поплавок с отверстием посередине и кольцевым постоянным магнитом, который охватывает герметизированную уровнемерную трубку. The liquid level measuring device with the best characteristics [3], developed by the Ryazan Teplopribor plant - the RUMB-BK type level gauge has a level measuring range of up to 4 m with a communication line length between the sensor and the secondary electronic unit up to 300 m. At the same time, the absolute measurement error does not exceed ± 2 mm. In the middle of the communication line, an intermediate amplifier is switched on. The construction of the level gauge includes a sealed level gauge tube, which is installed in the tank with liquid, a sound duct in the form of a rod made of a material with a good magnetoelastic effect, a piezoelectric transducer loaded on the sound duct, a measuring winding evenly wound on the sound duct connected to the secondary electronic unit, a float with a hole in the middle and an annular permanent magnet that spans the sealed level tube.

Постоянный магнит имеет П-образную форму, при этом его полюса расположены вплотную к звукопроводу и создают между полюсами на звукопроводе участок магнитной цепи с другим значением намагниченности, чем на его других участках. Блок вторичной электронной аппаратуры содержит генератор возбуждения пьезоизлучателя, приемный усилитель и блок вычисления интервала времени между моментом излучения ультразвуковой волны в звукопровод и появлением электрического импульса на измерительной обмотке. Появление этого электрического импульса происходит в соответствии с магнитоупругим эффектом или эффектом Виллари. The permanent magnet has a U-shaped shape, while its poles are located close to the sound duct and create between the poles on the sound duct a section of the magnetic circuit with a different magnetization value than in its other sections. The block of secondary electronic equipment contains a piezoelectric emitter excitation generator, a receiving amplifier, and a unit for calculating the time interval between the moment of ultrasonic wave emission into the sound duct and the appearance of an electric pulse on the measuring winding. The appearance of this electrical impulse occurs in accordance with the magnetoelastic effect or the Villari effect.

Однако эти способ и устройство измерения уровня имеют существенные недостатки, ограничивающие их применение. Это обусловлено тем, что колебания положения поплавка относительно звукопровода в пределах технологического зазора изменяет условия перемагничивания звукопровода, а это, в свою очередь, ведет к изменению электрического импульса, наводимого на измерительной обмотке. При достаточно большой длине звукопровода, равной диапазону измерений, затухание ультразвуковой волны в звукопроводе становится существенным и амплитуда электрического импульса, наводимого в измерительной обмотке, становится соизмеримой с уровнем внешних наводок. However, these method and device for measuring the level have significant disadvantages that limit their use. This is due to the fact that fluctuations in the position of the float relative to the sound pipe within the technological gap changes the magnetization reversal conditions of the sound pipe, and this, in turn, leads to a change in the electric pulse induced on the measuring winding. With a sufficiently large length of the sound duct equal to the measurement range, the attenuation of the ultrasonic wave in the sound duct becomes significant and the amplitude of the electric pulse induced in the measuring winding becomes comparable with the level of external interference.

В звукопровод можно ввести волну только ограниченной амплитуды от генератора возбуждения, поэтому при увеличении диапазона измерений помехи и наводки будут сравнимы с полезным сигналом. Для повышения амплитуды электрического импульса, наводимого в измерительной обмотке в соответствии с магнитоупругим эффектом, звукопровод изготавливают из никеля или пермаллоя со специальной сложной термообработкой. При этом стоимость звукопровода существенно возрастет, а монтаж уровнемера существенно усложняется, так как отожженный звукопровод не должен подвергаться значительным механическим нагрузкам. A wave of only a limited amplitude from the excitation generator can be introduced into the sound pipe, therefore, with an increase in the measurement range, interference and interference will be comparable to a useful signal. To increase the amplitude of the electric pulse induced in the measuring winding in accordance with the magnetoelastic effect, the sound duct is made of nickel or permalloy with special complex heat treatment. At the same time, the cost of the sound duct will increase significantly, and the installation of the level gauge will become much more complicated, since the annealed sound duct should not be subjected to significant mechanical stresses.

Известен способ измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером, основанный на формировании и подаче переменного электрического сигнала, преобразовании его в ультразвуковые колебания, посредством пьезоэлектрического эффекта, на последующем преобразовании ультразвуковых колебаний в электрический импульс посредством магнитоупругого эффекта, измерении интервалов времени между моментом времени подачи формируемого переменного сигнала и получении преобразованного электрического импульса, определении уровня по измеренному интервалу времени и скорости распространения ультразвуковых колебаний в звукопроводе [4]. A known method of measuring the liquid level by a magnetostrictive level gauge, based on the formation and supply of an alternating electrical signal, converting it into ultrasonic vibrations, by means of a piezoelectric effect, on the subsequent conversion of ultrasonic vibrations into an electrical impulse by means of a magnetoelastic effect, measuring time intervals between the time of the generated alternating signal and receiving a converted electrical pulse, determining the level from the measured the time interval and the propagation velocity of ultrasonic vibrations in the sound duct [4].

Несколько улучшить характеристики устройств измерения уровня жидкости можно установкой усилителей непосредственно на датчике, что и сделано в уровнемере РУ-ПТ того же Рязанского завода "Теплоприбор". При длине линии связи до 400 м такой прибор в диапазоне измерения уровня от 0 до 12 м имеет абсолютную погрешность уже не более ±4 мм. Однако стоимость такого уровнемера резко повышается. В то же время дальнейшее повышение точности измерения или увеличения диапазона измерения уровня жидкости становится уже проблематичным [4]. It is possible to slightly improve the characteristics of liquid level measuring devices by installing amplifiers directly on the sensor, which is done in the RU-PT level meter of the same Ryazan Teplopribor plant. With a communication line length of up to 400 m, such a device in the level measurement range from 0 to 12 m has an absolute error of no more than ± 4 mm. However, the cost of such a level gauge rises sharply. At the same time, a further increase in the accuracy of measurement or an increase in the range of measurement of the liquid level becomes problematic [4].

Однако данные способ и устройство измерения уровня имеют такие же, как и указанные выше ограничения. However, these method and device for measuring the level are the same as the above limitations.

Известен способ измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером, основанный на формировании и подаче электрического импульса заданной длительности на пьезоизлучатель, преобразовании сформированного электрического импульса заданной длительности в ультразвуковые колебания в звукопроводе посредством пьезоэлектрического эффекта, формировании постоянного магнитного поля на уровне измеряемой жидкости, на последующем преобразовании ультразвуковых колебаний в электрические колебания посредством магнитоупругого эффекта, измерении интервала времени между временем подачи сформированного импульса заданной длительности на пьезоизлучатель и временем получения электрических колебаний, соответствующих времени распространения ультразвуковых колебаний в звукопроводе, определении уровня по измеренному интервалу времени и скорости звука в звукопроводе [5]. A known method of measuring a liquid level with a magnetostrictive level gauge, based on the formation and supply of an electric pulse of a given duration to a piezo emitter, converting the generated electric pulse of a given duration to ultrasonic vibrations in a sound pipe by means of a piezoelectric effect, the formation of a constant magnetic field at the level of the measured liquid, on the subsequent transformation of ultrasonic vibrations into electrical vibrations through a magnetoelastic effect, and measuring the time interval between the time of the generated pulse of a given duration to the piezoelectric emitter and the time of receiving electric vibrations corresponding to the propagation time of ultrasonic vibrations in the sound pipe, determining the level from the measured time interval and the speed of sound in the sound pipe [5].

Известен также магнитострикционный уровнемер [5], выбранный в качестве прототипа, содержащий чувствительный элемент, помещенный в диэлектрическую трубку, которая герметизирована в нижней части и устойчива к взаимодействию с жидкостью, уровень которой измеряется; звукопровод из проволоки (стержня) из магнитострикционного материала (материала со значительным магнитоупругим эффектом, например, из низкоуглеродистой стали): равномерно намотанную виток к витку на звукопроводе измерительную обмотку, длина которой и определяет диапазон измерения уровня h; пьезоизлучатель, поплавок с блоком из n постоянных магнитов, где n=1,2...i, размещенных равномерно вокруг звукопровода на изолирующей оболочке с возможностью перемещения вдоль нее, а также груз, прикрепляемый к нижнему концу звукопровода в рабочем состоянии для его натяжения; линию связи, соединяющую измерительную обмотку с блоком вторичной электронной аппаратуры (вычислителей), а также вторую линию связи, соединяющую выводные концы пьезоизлучателя с блоком вторичной электронной аппаратуры с генератором ультразвуковых колебаний, входящую в состав блока. Also known magnetostrictive level gauge [5], selected as a prototype, containing a sensing element placed in a dielectric tube, which is sealed in the lower part and is resistant to interaction with a liquid whose level is measured; a sound pipe from a wire (rod) made of magnetostrictive material (a material with a significant magnetoelastic effect, for example, from low-carbon steel): a measuring coil, evenly wound round to round on a sound pipe, the length of which determines the level measurement range h; a piezo-emitter, a float with a block of n permanent magnets, where n = 1,2 ... i, placed uniformly around the sound duct on an insulating shell with the possibility of moving along it, as well as a load attached to the lower end of the sound duct in working condition for tensioning; a communication line connecting the measuring winding to the block of secondary electronic equipment (calculators), as well as a second communication line connecting the output ends of the piezo emitter to the block of secondary electronic equipment with an ultrasonic oscillation generator, which is part of the block.

Измерение уровня часто необходимо производить во взрывоопасных зонах, поэтому необходимы такие способы и устройства, которые можно было бы использовать в указанных условиях. В связи с требованиями по ограничению величин используемых напряжений и суммарных емкостей при измерениях уровней во взрывоопасных зонах (ГОСТ Р 51330.10-99 "Искробезопасная электрическая цепь i") приходиться снижать величины используемых напряжений, так как снижение суммарных емкостей при реализации известных способов измерения уровня не представляется возможным. Учитывая вышеизложенное, приходится использовать напряжение ниже 15 В. Level measurement is often necessary in hazardous areas, therefore, methods and devices are needed that could be used in these conditions. In connection with the requirements for limiting the values of the used voltages and total capacitances when measuring levels in hazardous areas (GOST R 51330.10-99 "Intrinsically safe electrical circuit i"), it is necessary to reduce the values of the used voltages, since the reduction of the total capacitances when implementing known level measurement methods does not seem possible. Given the above, it is necessary to use a voltage below 15 V.

Способ измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером и магнитострикционный уровнемер обладают рядом недостатков. The method of measuring the liquid level by a magnetostrictive level gauge and a magnetostrictive level gauge have several disadvantages.

Необходимость подачи больших напряжений (выше 20 В) на пьезоизлучатель для обеспечения устойчивой работы устройства усложняет разработку оборудования взрывозащищенного исполнения. The need to supply high voltages (above 20 V) to the piezo emitter to ensure stable operation of the device complicates the development of explosion-proof equipment.

Необходимость экранирования измерительной обмотки в связи с тем, что длина измерительной обмотки может быть значительной (20 метров и более - по длине измеряемого уровня), что позволяет считать измерительную обмотку антенной, а снимаемый измерительной обмоткой полезный сигнал имеет небольшую амплитуду (единицы и десятки милливольт), сравнимую с амплитудой наведенной эфирной помехи, усложняет задачу обработки электрического сигнала измеренного уровня. В силу близкого расположения проводников при значительной длине (свыше 20 м) чувствительного элемента в кабеле чувствительного элемента присутствуют распределенные L, C, R, в связи с чем линия требует согласования. Каждая дополнительная линия усложняет процедуру согласования (процесс трудоемок и длителен по времени), приводя к введению дополнительных элементов, что нежелательно при малых диаметрах кабеля. The need to shield the measuring winding due to the fact that the length of the measuring winding can be significant (20 meters or more along the length of the measured level), which allows us to consider the measuring winding as an antenna, and the useful signal removed by the measuring winding has a small amplitude (units and tens of millivolts) , comparable with the amplitude of the induced air noise, complicates the task of processing the electrical signal of the measured level. Due to the proximity of the conductors with a significant length (over 20 m) of the sensing element, distributed L, C, R are present in the cable of the sensing element, and therefore the line requires coordination. Each additional line complicates the coordination procedure (the process is time-consuming and time-consuming), leading to the introduction of additional elements, which is undesirable for small cable diameters.

Задачей изобретения является разработка таких способа измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером и магнитострикционного уровнемера, которые позволили бы повысить безопасность измерения уровня жидкости за счет обеспечения возможности уменьшения используемого напряжения в процессе измерения и обеспечить возможность измерений на более удаленных расстояниях. The objective of the invention is the development of such a method of measuring the liquid level with a magnetostrictive level meter and a magnetostrictive level meter, which would improve the safety of measuring the liquid level by providing the possibility of reducing the voltage used in the measurement process and provide the ability to measure at more distant distances.

При измерении уровня и уровня раздела фаз жидких продуктов отпадают необходимость использования в датчике напряжений выше 12 В, необходимость экранирования обмотки, а также снижается уровень шумов за счет обеспечения возможности уменьшения длины проводников, по которым проходит полезный и затем усиливаемый сигнал. When measuring the level and the phase separation level of liquid products, there is no need to use voltages higher than 12 V in the sensor, the need for shielding the windings, and noise level is reduced due to the possibility of reducing the length of the conductors through which the useful and then amplified signal passes.

Поставленная задача решается тем, что в способе определения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером, содержащем формирование и подачу электрического импульса заданной длительности, преобразование сформированного электрического импульса в ультразвуковые колебания в звукопроводе, формирование постоянного магнитного поля на уровне измеряемой жидкости, преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания, измерение интервала времени прохождения ультразвука, соответствующее интервалу времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности и моментом времени получения преобразованных электрических колебаний, определение по известной скорости звука в звукопроводе и измеренному интервалу времени прохождения ультразвука уровня жидкости, в отличие от известного, в нем подачу электрического импульса заданной длительности производят на обмотку катушки возбуждения. The problem is solved in that in a method for determining a liquid level with a magnetostrictive level gauge comprising generating and supplying an electric pulse of a given duration, converting the generated electric pulse to ultrasonic vibrations in the sound duct, generating a constant magnetic field at the level of the measured fluid, converting ultrasonic vibrations to electrical vibrations, measuring the ultrasound transit time interval corresponding to the time interval between the instant the volume of the supply of the generated pulse of a given duration and the time of receipt of the converted electrical vibrations, the determination of the known speed of sound in the sound pipe and the measured time interval of the ultrasound passage of the liquid level, in contrast to the known one, the supply of an electrical pulse of a given duration is performed on the winding of the excitation coil.

Кроме того, преобразование в ультразвуковые колебания в звукопроводе производят путем деформации звукопровода (посредством магнитоупругого эффекта) формируя по всей длине обмотки катушки возбуждения переменный магнитный поток путем подачи сформированного электрического импульса заданной длительности в обмотку катушки возбуждения, воздействуя протекающим через сечение обмотки катушки возбуждения переменным магнитным потоком на постоянное магнитное поле и изменяя результирующую магнитного поля (воздействующего на звукопровод). In addition, the conversion to ultrasonic vibrations in the sound duct is performed by deformation of the sound duct (by means of a magnetoelastic effect) forming an alternating magnetic flux along the entire length of the excitation coil winding by supplying the generated electrical pulse of a given duration to the excitation coil winding, acting by an alternating magnetic flux flowing through the section of the excitation coil winding to a constant magnetic field and changing the resulting magnetic field (acting on the sound pipe).

Преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания производят путем деформации кристалла сегнетоэлектрика пьезоприемника под воздействием ультразвуковых колебаний (пьезоэлектрического эффекта), а за интервал времени прохождения ультразвука принимают интервал времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования преобразованных электрических колебаний на пьезоприемнике. The conversion of ultrasonic vibrations into electrical vibrations is carried out by deformation of the piezoelectric receiver ferroelectric crystal under the influence of ultrasonic vibrations (piezoelectric effect), and the time interval between the time of transmission of the generated pulse of a given duration to the coil of the excitation coil and the time of formation of the converted electrical vibrations to piezoelectric receiver.

Поставленная задача решается тем, что в магнитострикционном уровнемере, содержащем чувствительный элемент с помещенным в диэлектрическую трубку звукопроводом из магнитострикционного материала, обмотку, намотанную на диэлектрическую трубку, по крайней мере, один поплавок с магнитным блоком из n постоянных магнитов, где n=1,2...i, размещенных равномерно вокруг звукопровода на изолирующей оболочке с возможностью перемещения вдоль нее, а также генератор электрического импульса, блок определения уровня, первый вход которого связан с задатчиком скорости звука в звукопроводе, в отличие от известного, в нем генератор электрического импульса подключен к обмотке. The problem is solved in that in a magnetostrictive level gauge containing a sensing element with a sound duct made of magnetostrictive material placed in a dielectric tube, a winding wound on a dielectric tube, at least one float with a magnetic block of n permanent magnets, where n = 1,2 ... i placed evenly around the sound duct on the insulating shell with the possibility of movement along it, as well as an electric pulse generator, a level determination unit, the first input of which is connected to the master m sound velocity in acoustic line, in contrast to the known, therein electric pulse generator connected to the coil.

А также введены пьезоприемник и формирователь цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, соединенный с пьезоприемником через усилитель преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, блок определения интервала времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования электрических колебаний на пьезоприемнике, входы которого соединены соответственно с генератором электрического импульса и формирователем цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, а выход - со вторым входом блока определения уровня. A piezoelectric receiver and a digital pulse generator from transformed electric vibrations from the piezoelectric receiver connected to the piezoelectric receiver through the transformed electric oscillation amplifier from the piezoelectric receiver, a unit for determining the time interval between the time of the generated pulse of a given duration to the coil of the excitation coil and the time of the formation of electric oscillations on the piezoelectric receiver are also introduced whose inputs are connected respectively to an electric pulse generator and with a digital pulse generator from the converted electrical oscillations from the piezoelectric receiver, and the output with the second input of the level determination unit.

Увеличить подаваемую мощность на чувствительный элемент за счет увеличения тока, а не напряжения, возможно при подаче переменного электрического сигнала в обмотку, в отличие от прототипа, в котором переменный электрический сигнал подается на пьезоизлучатель, так как суммарное электрическое сопротивление обмотки меньше, чем у пьезоизлучателя. Размеры пьезоприемника существенно меньше размеров обмотки катушки возбуждения, имеющей длину 20 м и более по длине кабеля чувствительного элемента, что значительно упрощает задачу снижения влияния наведенной помехи на точность результатов измерения, в связи с чем отпадает необходимость экранирования обмотки катушки возбуждения, т.к. подаваемый на нее переменный электрический сигнал значительно больше наведенной помехи. Вследствие чего конструкция чувствительного элемента может быть упрощена. It is possible to increase the power supplied to the sensor by increasing the current, rather than the voltage, by applying an alternating electrical signal to the winding, in contrast to the prototype, in which the alternating electrical signal is applied to the piezo emitter, since the total electrical resistance of the winding is less than that of the piezo emitter. The dimensions of the piezoelectric receiver are significantly smaller than the sizes of the windings of the field coil, which has a length of 20 m or more along the length of the cable of the sensing element, which greatly simplifies the task of reducing the influence of the induced noise on the accuracy of the measurement results, and therefore there is no need to shield the windings of the field coil, since the alternating electric signal supplied to it is much larger than the induced noise. As a result, the design of the sensing element can be simplified.

Указанная задача достигается изменением последовательности получения измеренного сигнала уровня, а именно: генерирование и подачу переменного электрического сигнала осуществляют в катушку возбуждения, преобразование его в ультразвуковые колебания производят в звукопроводе из магнитострикционного материала посредством магнитоупругого эффекта в точке положения постоянного магнита, последующее преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания осуществляют на пьезоприемнике, посредством пьезоэлектрического эффекта. This task is achieved by changing the sequence of obtaining the measured level signal, namely: the generation and supply of an alternating electric signal is carried out in the excitation coil, it is converted into ultrasonic vibrations in a sound duct from magnetostrictive material by means of a magnetoelastic effect at the position of the permanent magnet, and subsequent conversion of ultrasonic vibrations into electric the oscillations are carried out on the piezoelectric receiver, by means of the piezoelectric effect ta.

При этом можно считать, что интервал времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования преобразованных электрических колебаний на пьезоприемнике (моментом времени преобразования ультразвуковых колебаний в электрические колебания) равен интервалу времени между моментом времени формирования магнитоупругого эффекта и моментом времени формирования пьезоэлектрического эффекта. In this case, it can be considered that the time interval between the time of the generated pulse of a given duration to the excitation coil winding and the time of formation of the converted electric oscillations on the piezoelectric receiver (the time of the transformation of ultrasonic vibrations into electric oscillations) is equal to the time interval between the time of the formation of the magnetoelastic effect and the moment the time of formation of the piezoelectric effect.

Суть изобретения поясняется с помощью графических материалов, в которых:
на фиг.1 представлена функциональная схема реализации предлагаемых способа и устройства определения уровня жидкости;
фиг.2 иллюстрирует процессы, протекающие в прототипе способа определения уровня жидкости и в предлагаемом способе;
на фиг.3 приведены формы сигналов, вызванных передним и задним фронтами электрического импульса с генератора электрического импульса;
на фиг.4 приведен пример реализации блока определения интервала времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования преобразованных электрических колебаний на пьезоприемнике.
The essence of the invention is illustrated using graphic materials, in which:
figure 1 presents a functional diagram of the implementation of the proposed method and device for determining the liquid level;
figure 2 illustrates the processes taking place in the prototype of the method for determining the liquid level and in the proposed method;
figure 3 shows the waveforms caused by the leading and trailing edges of the electric pulse from the electric pulse generator;
figure 4 shows an example implementation of a unit for determining the time interval between the time of supply of the generated pulse of a given duration to the coil of the excitation coil and the time of formation of the converted electrical oscillations on the piezoelectric receiver.

Устройство определения уровня состоит из чувствительного элемента 1, который в свою очередь содержит пьезоприемник 2, установленный на верхнем торце со стороны (верхнего торца) звукопровода 3 в виде проволоки из магнитострикционного материала в диэлектрической трубке 4, помещенные в изолирующую оболочку 5. Возможно выполнение звукопровода и в виде стержня, но в большинстве конструкций предпочтение отдается проволоке, в связи с ее гибкостью, в результате чего упрощается транспортировка магнитострикционного уровнемера. На диэлектрическую трубку 4 намотана виток к витку обмотка катушки возбуждения 6. На изолирующей оболочке 5 размещен (размещены) поплавок (поплавки) 7 с возможностью перемещения вдоль нее (вдоль чувствительного элемента), внутри которого установлен магнитный блок 8, по крайней мере, с одним постоянным магнитом. The level determination device consists of a sensing element 1, which in turn contains a piezoelectric receiver 2 mounted on the upper end from the side (upper end) of the sound duct 3 in the form of a wire of magnetostrictive material in a dielectric tube 4, placed in an insulating sheath 5. It is possible to perform a sound duct and in the form of a rod, but in most designs, preference is given to wire, due to its flexibility, as a result of which the transportation of the magnetostrictive level gauge is simplified. A winding of the excitation coil 6 is wound round to a dielectric tube 4. A float (s) 7 is placed (placed) on the insulating shell 5 and can be moved along it (along the sensing element), inside of which there is a magnetic unit 8 with at least one permanent magnet.

В устройство определения уровня входят также генератор 9, подключенный к обмотке катушки возбуждения 6, усилитель преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника 10 и соединенный через него с пьезоприемником 2 формирователь 11 цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, блок определения интервала времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования преобразованных электрических колебаний на пьезоприемнике (БОИВ) 12, входы которого соединены соответственно с генератором 9 и формирователем 11 цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, а выход - со вторым входом блока определения уровня 13, первый вход которого связан с задатчиком скорости звука в звукопроводе 14. The level determining device also includes a generator 9 connected to the winding of the excitation coil 6, an amplifier of converted electrical vibrations from the piezo receiver 10 and a digital pulse generator 11 from the converted electrical vibrations from the piezo receiver connected through it to the piezo receiver 2, a unit for determining a time interval between the feed time a pulse of a given duration to the winding of the excitation coil and the time instant for the formation of converted electric oscillations on the receiver (BOIV) 12, the inputs of which are connected respectively to the generator 9 and the driver 11 of the digital pulse from the converted electrical vibrations from the piezo receiver, and the output is to the second input of the level determination unit 13, the first input of which is connected to the sound speed setter in the sound pipe 14.

Изолирующая оболочка 5 герметизирована в нижней части и устойчива к взаимодействию жидкости, уровень которой измеряется, звукопровод 3 выполнен из проволоки со значительным магнитоупругим эффектом, например из низкоуглеродистой стали 10 или 20. Обмотка катушки возбуждения 6, длина которой и определяет диапазон измерения уровня h, равномерно виток к витку намотана на звукопроводе с диэлектрической трубкой. Пьезоприемник 2 выполнен в виде пластины из пьезокерамики, например ЦТС-19, приклеенной к звукопроводу. Поплавок 7 плавает в рабочем состоянии в жидкости и охватывает диэлектрическую трубку. Магнитный блок 8, по крайней мере, с одним постоянным магнитом, размещен в поплавке 7. При использовании звукопровода из проволоки к нижнему концу звукопровода для его натяжения в рабочем состоянии прикрепляется груз 15. The insulating shell 5 is sealed at the bottom and is resistant to the interaction of the liquid whose level is measured, the sound duct 3 is made of wire with a significant magnetoelastic effect, for example, of low-carbon steel 10 or 20. The winding of the excitation coil 6, the length of which determines the measuring range of the level h, uniformly coil to coil is wound on a sound duct with a dielectric tube. The piezoelectric receiver 2 is made in the form of a plate of piezoceramics, for example, TsTS-19, glued to the sound duct. The float 7 floats in working condition in a liquid and covers a dielectric tube. A magnetic unit 8, with at least one permanent magnet, is located in the float 7. When using a sound duct from a wire, a load 15 is attached to the lower end of the sound duct to tension it in working condition.

Обмотка катушки возбуждения 6 наматывается изолированным проводом с небольшим натягом, который обеспечивает плотное закрепление обмотки на звукопроводе 3, не допуская смещения витков обмотки при изгибах звукопровода. К верхнему концу звукопровода 3 подпаивается дополнительный выводной конец. Груз 15 обеспечивает вертикальное рабочее расположение звукопровода 3 в резервуаре и предотвращает его колебания внутри резервуара при заливке или сливе жидкости, уровень которой контролируется. Изолирующая оболочка 5 выполняется из материала, обладающего низкой адгезионной способностью, стойкого к действию кислот, щелочей, воды, спирта, минеральных масел, нефтепродуктов, способного работать при температуре от - 45 до 150oС, например, из нержавеющей стали.The winding of the excitation coil 6 is wound with an insulated wire with a small tightness, which provides a tight fixation of the winding on the sound duct 3, preventing the displacement of the windings during bending of the sound duct. An additional lead-out end is soldered to the upper end of the sound duct 3. The load 15 provides a vertical working arrangement of the sound duct 3 in the tank and prevents its oscillations inside the tank when filling or draining the liquid, the level of which is controlled. The insulating shell 5 is made of a material with low adhesive ability, resistant to acids, alkalis, water, alcohol, mineral oils, petroleum products, capable of operating at temperatures from -45 to 150 o C, for example, stainless steel.

Поплавок 7 имеет относительно изолирующей оболочки 5 гарантированный зазор, который обеспечивает скольжение поплавка вдоль чувствительного элемента с внешней стороны без затирания. Для улучшения условий скольжения поплавка 7 вдоль звукопровода 3 наружная поверхность изолирующей оболочки 5 и внутренний диаметр поплавка 7 могут покрываться специальной пленкой из материала с малым коэффициентом трения скольжения, например, фторопластовой пленкой. Гарантированный зазор должен быть достаточно большим, чтобы различные отложения и загрязнения, концентрируемые на поверхности изолирующей оболочки 5 и внутренней стороны поплавка 7, не препятствовали движению поплавка вдоль оболочки в течение установленного межрегламентного интервала времени. The float 7 has a guaranteed clearance relative to the insulating shell 5, which allows the float to slide along the sensing element from the outside without mashing. To improve the sliding conditions of the float 7 along the sound duct 3, the outer surface of the insulating shell 5 and the inner diameter of the float 7 can be coated with a special film of a material with a low coefficient of sliding friction, for example, a fluoroplastic film. The guaranteed gap should be large enough so that various deposits and contaminants concentrated on the surface of the insulating shell 5 and the inner side of the float 7 do not interfere with the movement of the float along the shell for a specified inter-time interval.

С другой стороны, гарантированный зазор должен быть достаточно маленьким, чтобы поплавок 7 центрировался на диэлектрической трубке 4 и погрешность измерения уровня жидкости в резервуаре, обусловленная перекосом положения поплавка относительно вертикали, образованной звукопроводом 3, была бы сведена к минимуму. On the other hand, the guaranteed clearance should be small enough so that the float 7 is centered on the dielectric tube 4 and the error in measuring the liquid level in the tank due to the skew position of the float relative to the vertical formed by the sound pipe 3 would be minimized.

В связи с этим обстоятельством имеется ограничение на характеристику жидкостей, уровень которых измеряется: их вязкость должна быть достаточно низкой, такой, чтобы не мешать движению поплавка вдоль изолирующей оболочки. In connection with this circumstance, there is a restriction on the characteristics of liquids whose level is measured: their viscosity should be low enough so as not to interfere with the movement of the float along the insulating shell.

При подаче электрического импульса на обмотку катушки возбуждения изменяется величина суммарной намагниченности поля, действующего на намагниченные участки звукопровода, при этом происходит деформация кристаллической решетки, в свою очередь, формируя звуковые колебания. When an electric pulse is applied to the winding of the excitation coil, the magnitude of the total magnetization of the field acting on the magnetized sections of the sound duct changes, and the crystal lattice is deformed, which in turn forms sound vibrations.

Как видно из фиг.2, подаваемый в обмотку катушки возбуждения 6 электрический импульс вызывает изменение суммарной намагниченности магнитного поля на всех участках звукопровода 3 одновременно (в отличие от прототипа, где ультразвуковые колебания, распространяющиеся по звукопроводу, проходят намагниченные участки последовательно один за другим) при этом направление деформации на двух рядом находящихся участках имеет противоположные знаки. Участок звукопровода между намагниченными участками испытывает воздействие с двух сторон, что значительно усиливает результирующие колебания (чего нет в прототипе). Под усиленным механическим воздействием становится более выраженным затухающий характер формы ультразвуковых колебаний (что от части определяется материалом звукопровода). As can be seen from figure 2, the electric pulse supplied to the winding of the excitation coil 6 causes a change in the total magnetization of the magnetic field in all sections of the sound duct 3 at the same time (unlike the prototype, where ultrasonic vibrations propagating through the sound duct pass the magnetized sections sequentially one after the other) when In this case, the direction of deformation in two adjacent sections has opposite signs. The section of the sound duct between the magnetized sections is affected from two sides, which significantly enhances the resulting oscillations (which is not in the prototype). Under increased mechanical stress, the decaying nature of the shape of the ultrasonic vibrations becomes more pronounced (which is determined in part by the material of the sound duct).

Рассмотрим пример реализации предлагаемого способа и устройства измерения уровня жидкости. Consider an example of the implementation of the proposed method and device for measuring the liquid level.

Сначала производят формирование импульса заданной длительности в генераторе 9, который подается на обмотку катушки возбуждения 6, формируя по всей длине обмотки катушки возбуждения переменный магнитный поток (формирование ультразвуковых колебаний в звукопроводе 3 производят посредством магнитострикционного эффекта), воздействуя протекающим через сечение обмотки катушки возбуждения 6 переменным магнитным потоком на постоянное магнитное поле, в зоне расположения блока постоянных магнитов 8 и изменяя результирующую магнитного поля. First, a pulse of a given duration is generated in the generator 9, which is fed to the coil of the excitation coil 6, forming an alternating magnetic flux along the entire length of the coil of the field coil (the formation of ultrasonic vibrations in the sound pipe 3 is produced by the magnetostrictive effect), acting on the variables flowing through the section of the coil of the field coil 6 magnetic flux to a constant magnetic field in the area of the block of permanent magnets 8 and changing the resulting magnetic field.

Преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания производят посредством пьезоэлектрического эффекта, определение - по известной скорости звука в звукопроводе 3 и измеренному интервалу времени прохождения ультразвука, которое определяется как интервал времени между моментом формирования магнитоупругого эффекта и моментом времени формирования пьезоэлектрического эффекта. The conversion of ultrasonic vibrations into electrical vibrations is carried out by means of the piezoelectric effect, the determination is made from the known speed of sound in the sound pipe 3 and the measured time interval of the ultrasound propagation, which is defined as the time interval between the moment of formation of the magnetoelastic effect and the time of formation of the piezoelectric effect.

Устройство определения уровня жидкости работает следующим образом. The device for determining the liquid level works as follows.

Генератор 9 вырабатывает электрические импульсы заданной длины и частоты следования. Каждый электрический импульс выдается как на обмотку катушки возбуждения 6, так и на БОИВ 12 для определения начала времени измерения. Импульс, подаваемый в обмотку катушки возбуждения 6, вызывает изменение суммарной составляющей магнитного поля на всех намагниченных постоянным магнитом участках, при этом направление геометрической деформации у двух рядом расположенных намагниченных участков имеет противоположный знак. The generator 9 generates electrical pulses of a given length and repetition rate. Each electrical impulse is issued both to the winding of the excitation coil 6, and to BOIV 12 to determine the beginning of the measurement time. The pulse supplied to the winding of the excitation coil 6 causes a change in the total component of the magnetic field in all sections magnetized by a permanent magnet, while the direction of geometric deformation of two adjacent magnetized sections has the opposite sign.

Участок звукопровода 3 между намагниченными участками испытывает механические воздействия с двух сторон в результате магнитоупругого эффекта, что вызывает колебания на промежуточном участке, которые в свою очередь, вызывают ультразвуковые колебания в звукопроводе 3, имеющие форму синусоидальных колебаний с резко выраженным затуханием. Далее ультразвуковые колебания распространяются по звукопроводу 3 с конечной скоростью, зависящей от выбранного материала звукопровода. The section of the sound duct 3 between the magnetized sections experiences mechanical effects on both sides as a result of the magnetoelastic effect, which causes vibrations in the intermediate section, which in turn cause ultrasonic vibrations in the sound duct 3, which have the form of sinusoidal oscillations with pronounced attenuation. Further, the ultrasonic vibrations propagate through the sound pipe 3 with a finite speed, depending on the selected material of the sound pipe.

На фиг. 3 показаны формы сигналов, вызванные передним и задним фронтами запускающего импульса, сформированного генератором электрического импульса 9. Кривая а) соответствует форме колебаний в звукопроводе 3, вызванных передним фронтом запускающего электрического импульса. Кривая б) соответствует форме ультразвуковых колебаний в звукопроводе 3, вызванных задним фронтом запускающего электрического импульса. Кривая в) отражает форму результирующих ультразвуковых колебаний, которые являются суммой колебаний, вызванных задним и передним фронтами (кривые а) и б)). Время Т между передним и задним фронтами определяется длительностью запускающего электрического импульса. Очевидно, результирующий сигнал будет максимальным в том случае, когда длительность запускающего электрического импульса Т будет равна половине периода ультразвуковых колебаний, величина периода зависит от материала звукопровода. In FIG. Figure 3 shows the waveforms caused by the leading and trailing edges of the triggering pulse generated by the electric pulse generator 9. Curve a) corresponds to the waveform in the sound pipe 3 caused by the leading edge of the triggering electric pulse. Curve b) corresponds to the shape of ultrasonic vibrations in the sound duct 3 caused by the trailing edge of the triggering electric pulse. Curve c) reflects the shape of the resulting ultrasonic vibrations, which are the sum of the vibrations caused by the trailing and leading edges (curves a) and b)). The time T between the leading and trailing edges is determined by the duration of the triggering electric pulse. Obviously, the resulting signal will be maximum in the case when the duration of the starting electric pulse T is equal to half the period of ultrasonic vibrations, the magnitude of the period depends on the material of the sound duct.

Пьезоприемник 2 преобразует ультразвуковые колебания в электрические сигналы. Полученный электрический сигнал имеет небольшую величину по амплитуде - от единиц до десятков милливольт. Piezo receiver 2 converts ultrasonic vibrations into electrical signals. The resulting electrical signal has a small magnitude in amplitude - from units to tens of millivolts.

Генератор 9 вырабатывает электрический импульс, который подается на обмотку возбуждения 6. В месте положения постоянного магнита 8 в звукопроводе 3 за счет магнитоупругого эффекта формируются ультразвуковые импульсы, которые распространяются по звукопроводу 3 с конечной скоростью V и достигают пьезоприемника 2 за время

Figure 00000002
, где S - расстояние от пьезоприемника 2 до постоянного магнита 8.The generator 9 generates an electric pulse, which is supplied to the excitation winding 6. In the position of the permanent magnet 8 in the sound pipe 3, ultrasonic pulses are formed due to the magnetoelastic effect, which propagate through the sound pipe 3 with a finite speed V and reach the piezo receiver 2 in time
Figure 00000002
where S is the distance from the piezoelectric receiver 2 to the permanent magnet 8.

В пьезоприемнике ультразвуковые колебания преобразуются в электрические колебания, которые затем усиливаются в усилителе преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника 10, выполненном на операционных усилителях, после чего передается на вход блока 11, в котором производится формирование из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника цифровых импульсов 11, который в свою очередь передается на блок 12. In the piezoelectric receiver, ultrasonic vibrations are converted into electric vibrations, which are then amplified in the transformed electric oscillation amplifier from the piezoelectric receiver 10, made on operational amplifiers, and then transmitted to the input of block 11, in which digital pulses 11 are generated from the transformed electric vibrations from the piezoelectric receiver, which in turn, is transmitted to block 12.

В блоке 12 определяется интервал времени между моментом подачи электрического импульса в обмотку катушки возбуждения 6 и моментом времени получения преобразованного электрического импульса с пьезоприемника 2, т.е. времени прохождения ультразвукового импульса в звукопроводе 3. Информация об определенном интервале времени передается на блок 13, на который поступает также с задатчика 14 информация о скорости звука в звукопроводе (значение которого известно) и в котором определяется уровень контролируемой жидкости уровня. In block 12, the time interval between the moment of supply of the electric pulse to the winding of the excitation coil 6 and the time of receipt of the converted electric pulse from the piezoelectric receiver 2 is determined, i.e. the transit time of the ultrasonic pulse in the sound pipe 3. Information about a certain time interval is transmitted to block 13, which also receives information from the pickup 14 about the speed of sound in the sound pipe (the value of which is known) and in which the level of the level liquid to be controlled is determined.

Устройство измеряет время, прошедшее со времени формирования электрического импульса заданной длительности до момента приема сигнала от пьезоприемника 2. Это позволяет вычислить расстояние до местоположения поплавка 6, определяемого положением уровня жидкости, как уже говорилось выше, при известной скорости звука. The device measures the time elapsed from the formation of an electric pulse of a given duration to the moment of receiving the signal from the piezo receiver 2. This allows you to calculate the distance to the location of the float 6, determined by the position of the liquid level, as mentioned above, at a known speed of sound.

Расстояние до поплавка от пьезоприемника 2 определяется по формуле:
L=Т•Vзв, (1)
где Т - время распространения в проволоке импульса звука от поплавка до пьезоприемника, с;
Vзв - скорость звука в проволоке, м/с.
The distance to the float from the piezoelectric receiver 2 is determined by the formula:
L = T • V stars , (1)
where T is the propagation time in the wire of a sound pulse from the float to the piezoelectric receiver, s;
V sv is the speed of sound in the wire, m / s.

Однако со временем при наличии механических напряжений, при изменении температуры и других дестабилизирующих факторов скорость звука может изменяться, что приведет к погрешности измерений. В связи с этим для получения более точных результатов можно использовать следующий алгоритм расчета расстояния до поплавка:
Время распространения импульса упругой деформации от торца проволоки до пьезоприемника Тпр равно сумме времени распространения в проволоке импульса звука от поплавка до пьезоприемника Т и времени распространения в проволоке импульса звука от поплавка до торца проволоки Ти:
Tпр=T+Ти.
However, over time, in the presence of mechanical stresses, when the temperature and other destabilizing factors change, the speed of sound can change, which will lead to measurement errors. In this regard, to obtain more accurate results, you can use the following algorithm for calculating the distance to the float:
The propagation time of the elastic strain pulse from the end of the wire to the piezoelectric receiver T pr is equal to the sum of the propagation time of the sound pulse in the wire from the float to the piezoelectric receiver T and the propagation time in the wire of the sound pulse from the float to the end of the wire T and :
T ol = T + T and .

Суммарное время распространения в проволоке импульса звука от поплавка до конца проволоки и затем до пьезоприемника Топ равно:
Топ=Т+2 Ти,
а
Ти-(Топ-Т)/2,
то
Тпр=Т+(Tоп-Т)/2=(Топ+Т)/2.
The total propagation time in the wire of a pulse of sound from the float to the end of the wire and then to the piezoelectric receiver T op equal to:
T op = T + 2 T and ,
a
T and - (T op -T) / 2,
then
T ol = T + (T op -T) / 2 = (T op + T) / 2.

Скорость звука в проволоке:
Vзв=Lпрпр.
The speed of sound in the wire:
V sv = L pr / T pr

Из этого следует:
L=Т•Vзв=Т•Lпр/Tпр, (2)
где Lпр - длина проволоки от пьезоприемника до торца проволоки (паспортное значение), м.
Therefore:
L = T • V sv = T • L pr / T pr , (2)
where L CR - the length of the wire from the piezoelectric receiver to the end of the wire (nameplate value), m

Изменение скорости звука, как уже говорилось выше, под влиянием различных дестабилизирующих факторов вносит дополнительную погрешность в измерение уровня. Погрешность составляет ± 3...5 мм на длинах до 4 м и ±5...10 мм на длинах до 25 м. Подобный магнитострикционный уровнемер может использоваться в технологических установках таких, как сепараторы, отстойники и т. д. Переход на алгоритм расчета по формуле (2) позволяет уменьшить погрешность до ± 1 мм, однако на длинах более 10 м прием отраженного от торца звукопровода импульса затруднен. The change in the speed of sound, as mentioned above, under the influence of various destabilizing factors introduces an additional error in level measurement. The error is ± 3 ... 5 mm at lengths of up to 4 m and ± 5 ... 10 mm at lengths of up to 25 m. A similar magnetostrictive level gauge can be used in technological installations such as separators, sedimentation tanks, etc. Transition to the algorithm calculation by the formula (2) allows to reduce the error to ± 1 mm, however, at lengths of more than 10 m, reception of the pulse reflected from the end of the sound duct is difficult.

Формирователь 11 цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника представляет собой компаратор, срабатывающий на заданный (разработчиками) уровень амплитуды входного сигнала. Shaper 11 of the digital pulse from the converted electrical vibrations from the piezoelectric receiver is a comparator that operates at a given (by developers) level of the amplitude of the input signal.

Пример реализации блока определения интервала времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования электрических колебаний на пьезоприемнике 12 приведен на фиг.4 и включает тактовый генератор 16, первый формирователь 17 и второй формирователь 18, выходы которых, так же как и выход тактового генератора 16, связаны соответственно с первым, вторым и третьим входами счетчика 19; выход первого формирователя 17 связан также с одним из входов первого регистра 20, с другим входом которого связан выход счетчика 19; выход первого регистра 20 связан с входом второго регистра 21. An example of the implementation of the unit for determining the time interval between the moment of supply of the generated pulse of a given duration to the coil of the excitation coil and the time of formation of electric oscillations on the piezoelectric receiver 12 is shown in Fig. 4 and includes a clock generator 16, a first driver 17 and a second driver 18, the outputs of which are the same as the output of the clock generator 16, respectively associated with the first, second and third inputs of the counter 19; the output of the first driver 17 is also associated with one of the inputs of the first register 20, with the other input of which the output of the counter 19 is connected; the output of the first register 20 is connected to the input of the second register 21.

Один из входов блока 12, являясь входом первого формирователя 17, связан с генератором 9, а другой вход, являясь входом второго формирователя 18, - с выходом формирователя 11 цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника. Здесь время формирования импульса от генератора электрического импульса соответствует времени формирования магнитоупругого эффекта. One of the inputs of block 12, being the input of the first shaper 17, is connected to the generator 9, and the other input, being the input of the second shaper 18, is the output of the shaper 11 of the digital pulse from the converted electric oscillations from the piezoelectric receiver. Here, the time of pulse formation from the electric pulse generator corresponds to the time of formation of the magnetoelastic effect.

Тактовый генератор 16 выдает последовательность импульсов на счетчик 19, который, в свою очередь, начинает счет по началу появления команды от второго формирователя 18 (схемы, реализующей функцию согласования выходного сопротивления генератора и входного сопротивления счетчика, - например, компаратора) и после появления команды о выдаче информации с первого формирователя 17 (схемы, реализующей функцию согласования выходного сопротивления формирователя цифрового импульса из преобразованного электрического импульса с пьезоприемника, и входного сопротивления счетчика и регистра хранения числового значения, - например, компаратора) выдает информацию в первый регистр 20. The clock generator 16 generates a sequence of pulses to the counter 19, which, in turn, starts counting when the command from the second shaper 18 begins (a circuit that implements the function of matching the output resistance of the generator and the input resistance of the counter, for example, a comparator) and after the command o the issuance of information from the first shaper 17 (a circuit that implements the function of matching the output impedance of the digital pulse shaper from the converted electric pulse from the piezoelectric receiver, and input one resistance of the counter and the register of storage of a numerical value, for example, a comparator) provides information in the first register 20.

По команде выдать информацию в регистр с первого формирователя 17 первый регистр 20 выдает предыдущую информацию в второй регистр 21. Со второго регистра 21 выдается числовое значение, соответствующее времени прохождения ультразвуковых колебаний по звукопроводу. On command to send information to the register from the first shaper 17, the first register 20 provides the previous information to the second register 21. From the second register 21, a numerical value corresponding to the time of passage of ultrasonic vibrations through the sound pipe is issued.

Источники информации
1. Бабиков О.И. Ультразвуковые приборы контроля. - Л.: Машиностроение, ленинградское отделение, 1985, с. 117.
Sources of information
1. Babikov O.I. Ultrasonic monitoring devices. - L .: Engineering, Leningrad branch, 1985, p. 117.

2. Авторское свидетельство СССР 620828, кл. G 01 F 23/28, 1978. 2. Copyright certificate of the USSR 620828, cl. G 01 F 23/28, 1978.

3. Авторское свидетельство СССР 838381, кл. G 01 F 23/28, 1981. 3. Copyright certificate of the USSR 838381, cl. G 01 F 23/28, 1981.

4. Уровнемер РУ-ПТ, Рязанский завод "Теплоприбор". 4. Level gauge RU-PT, Ryazan plant "Teplopribor".

5. Патент РФ 2083956, МПК 6 G 01 F 23/28, 1997 - прототип. 5. RF patent 2083956, IPC 6 G 01 F 23/28, 1997 - prototype.

Claims (2)

1. Способ определения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером, включающий формирование и подачу электрического импульса заданной длительности, преобразование сформированного электрического импульса в ультразвуковые колебания в звукопроводе, формирование постоянного магнитного поля на уровне измеряемой жидкости, преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания, измерение интервала времени прохождения ультразвуковых колебаний, определение по известной скорости звука в звукопроводе и измеренному интервалу времени уровня жидкости, отличающийся тем, что преобразование в ультразвуковые колебания в звукопроводе производят посредством деформации звукопровода, формируя по всей длине обмотки катушки возбуждения переменный магнитный поток путем подачи сформированного электрического импульса заданной длительности в обмотку катушки возбуждения, воздействуя протекающим через сечение обмотки катушки возбуждения переменным магнитным потоком на постоянное магнитное поле и изменяя результирующую магнитного поля, преобразование ультразвуковых колебаний в электрические колебания производят путем деформации кристалла сегнетоэлектрика пьезоприемника под воздействием ультразвуковых колебаний, а за интервал времени прохождения ультразвуковых колебаний принимают интервал времени между моментом времени подачи сформированного импульса заданной длительности на обмотку катушки возбуждения и моментом времени формирования электрических колебаний на пьезоприемнике.1. The method of determining the liquid level by a magnetostrictive level gauge, including the formation and supply of an electric pulse of a given duration, the conversion of the generated electric pulse to ultrasonic vibrations in the sound pipe, the formation of a constant magnetic field at the level of the measured fluid, the conversion of ultrasonic vibrations to electrical vibrations, measuring the time interval for the passage of ultrasonic vibrations , determination of the known speed of sound in the sound duct and the measured interval at the time of the liquid level, characterized in that the conversion to ultrasonic vibrations in the sound duct is performed by deformation of the sound duct, forming an alternating magnetic flux along the entire length of the winding of the excitation coil by supplying an generated electrical pulse of a given duration to the winding of the excitation coil, acting by an alternating flow through the section of the winding of the excitation coil magnetic flux to a constant magnetic field and changing the resulting magnetic field, the conversion of ultrasounds oscillations into electrical vibrations are produced by deformation of the piezoelectric receiver ferroelectric crystal under the influence of ultrasonic vibrations, and for the time interval of the passage of ultrasonic vibrations, the time interval between the time of supply of the generated pulse of a given duration to the excitation coil winding and the time of formation of electric oscillations on the piezoelectric receiver is taken. 2. Магнитострикционный уровнемер, содержащий чувствительный элемент с помещенным в диэлектрическую трубку звукопроводом из магнитострикционного материала, обмотку, намотанную на диэлектрическую трубку, по крайней мере, один поплавок с магнитным блоком из n постоянных магнитов, где n=1, 2…i, размещенных вокруг изолирующей оболочки с возможностью перемещения вдоль нее, а также генератор электрического импульса, блок определения уровня, первый вход которого связан с задатчиком скорости звука в звукопроводе, отличающийся тем, что в нем генератор электрического импульса подключен к обмотке, а также введены пьезоприемник и формирователь цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, соединенный с пьезоприемником через усилитель преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, блок определения интервала времени между моментом времени формирования магнитоупругого эффекта и моментом времени формирования пьезоэлектрического эффекта, входы которого соединены соответственно с генератором электрического импульса и формирователем цифрового импульса из преобразованных электрических колебаний с пьезоприемника, а выход - со вторым входом блока определения уровня.2. Magnetostrictive level gauge containing a sensing element with a sound duct made of magnetostrictive material placed in a dielectric tube, a winding wound on a dielectric tube, at least one float with a magnetic block of n permanent magnets, where n = 1, 2 ... i, placed around an insulating shell with the ability to move along it, as well as an electric pulse generator, a level determination unit, the first input of which is connected to the sound speed controller in the sound duct, characterized in that it has a generator an electric pulse torus is connected to the winding, and a piezoelectric receiver and a digital pulse generator from converted electric vibrations from the piezoelectric receiver connected to the piezoelectric receiver through the converted electric oscillation amplifier from the piezoelectric receiver, a unit for determining the time interval between the time of formation of the magnetoelastic effect and the time of formation of the piezoelectric effect, are introduced, the inputs of which are connected respectively with an electric pulse generator and a shaper digital pulse from the converted electrical vibrations from the piezoelectric receiver, and the output is from the second input of the level determination unit.
RU2003104681/28A 2003-02-19 2003-02-19 Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge RU2222786C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003104681/28A RU2222786C1 (en) 2003-02-19 2003-02-19 Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003104681/28A RU2222786C1 (en) 2003-02-19 2003-02-19 Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2222786C1 true RU2222786C1 (en) 2004-01-27

Family

ID=32091910

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003104681/28A RU2222786C1 (en) 2003-02-19 2003-02-19 Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2222786C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463566C1 (en) * 2011-04-12 2012-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Новейшие Информационные Решения" Method of determining level of liquid and floating magnetostrictive level gauge for realising said method
RU2517919C2 (en) * 2012-08-16 2014-06-10 Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" Magnetostriction level gauge
RU2518470C1 (en) * 2012-11-20 2014-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Средства автоматизации Радомского и Компании" Method to define level and other parameters of fractionated fluid and magnetostriction level gauge for its implementation
RU2529821C2 (en) * 2012-08-16 2014-09-27 Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" Method to detect liquid level with magnetostrictive level instrument and magnetostrictive level instrument
RU193826U1 (en) * 2019-05-28 2019-11-18 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "СЕНСОР" (ООО НПП "СЕНСОР") Low Power Magneto-Strictive Noise Interference
RU195795U1 (en) * 2019-07-23 2020-02-05 Валерий Александрович Кабатчиков LEVEL
RU208494U1 (en) * 2021-05-24 2021-12-21 Общество с ограниченной ответственностью «ОКБ Вектор» MAGNETOSTRICTION LEVEL FOR LIQUID LEVEL MEASUREMENT WITH COMPENSATION OF ERRORS CAUSED BY LINEAR EXPANSION OF THE TANK WALLS

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2463566C1 (en) * 2011-04-12 2012-10-10 Общество с ограниченной ответственностью "Новейшие Информационные Решения" Method of determining level of liquid and floating magnetostrictive level gauge for realising said method
RU2517919C2 (en) * 2012-08-16 2014-06-10 Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" Magnetostriction level gauge
RU2529821C2 (en) * 2012-08-16 2014-09-27 Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" Method to detect liquid level with magnetostrictive level instrument and magnetostrictive level instrument
RU2518470C1 (en) * 2012-11-20 2014-06-10 Общество с ограниченной ответственностью "Средства автоматизации Радомского и Компании" Method to define level and other parameters of fractionated fluid and magnetostriction level gauge for its implementation
RU193826U1 (en) * 2019-05-28 2019-11-18 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственное предприятие "СЕНСОР" (ООО НПП "СЕНСОР") Low Power Magneto-Strictive Noise Interference
RU195795U1 (en) * 2019-07-23 2020-02-05 Валерий Александрович Кабатчиков LEVEL
RU208494U1 (en) * 2021-05-24 2021-12-21 Общество с ограниченной ответственностью «ОКБ Вектор» MAGNETOSTRICTION LEVEL FOR LIQUID LEVEL MEASUREMENT WITH COMPENSATION OF ERRORS CAUSED BY LINEAR EXPANSION OF THE TANK WALLS

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4158964A (en) Method and apparatus for determining liquid level
US5017867A (en) Magnetostrictive linear position detector with reflection termination
JP2013140029A (en) Liquid level measuring device, method and program
RU2222786C1 (en) Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge
JPH0915278A (en) Electric conductivity measuring circuit and probe therefor
CN108463694A (en) Converter apparatus and the measuring system constituted using this converter apparatus
RU134631U1 (en) MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF LINEAR MOVEMENTS
RU52477U1 (en) ULTRASONIC LEVEL METER
CN207540633U (en) A kind of liquid level detection device
JP2000346695A (en) Method for measuring fill level of container and device for executing measurement method
RU2518470C1 (en) Method to define level and other parameters of fractionated fluid and magnetostriction level gauge for its implementation
RU2298155C1 (en) Magnetostrictive level meter-indicator
Chen et al. Long range displacement measurements systems using guided wave
RU2319935C1 (en) Magnetostrictional level gauge
RU208494U1 (en) MAGNETOSTRICTION LEVEL FOR LIQUID LEVEL MEASUREMENT WITH COMPENSATION OF ERRORS CAUSED BY LINEAR EXPANSION OF THE TANK WALLS
RU2517919C2 (en) Magnetostriction level gauge
RU2710007C1 (en) Bypass level gauge
RU2310174C1 (en) Ultrasonic level meter
CN113340380A (en) Method for detecting liquid level position based on surface wave mode conversion
RU155410U1 (en) ADAPTIVE MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF VEHICLE LEVEL AND DENSITY OF FUEL FUEL (ITS OPTIONS)
Royer et al. A liquid level sensor using the absorption of guided acoustic waves
US20150176959A1 (en) Method and measuring device for measuring thickness of a ferromagnetic metal object
RU2529821C2 (en) Method to detect liquid level with magnetostrictive level instrument and magnetostrictive level instrument
RU134317U1 (en) MAGNETOSTRICTIONAL LEVEL METER
RU142932U1 (en) MAGNETOSTRICTIONAL LEVEL METER

Legal Events

Date Code Title Description
QZ4A Changes in the licence of a patent

Effective date: 20040709

PC4A Invention patent assignment

Effective date: 20090312

QZ4A Changes in the licence of a patent

Effective date: 20040709

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20040709

Effective date: 20111007

PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20120822

QZ41 Official registration of changes to a registered agreement (patent)

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20040709

Effective date: 20121119