RU2310174C1 - Ультразвуковой уровнемер - Google Patents
Ультразвуковой уровнемер Download PDFInfo
- Publication number
- RU2310174C1 RU2310174C1 RU2006116807/28A RU2006116807A RU2310174C1 RU 2310174 C1 RU2310174 C1 RU 2310174C1 RU 2006116807/28 A RU2006116807/28 A RU 2006116807/28A RU 2006116807 A RU2006116807 A RU 2006116807A RU 2310174 C1 RU2310174 C1 RU 2310174C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- magnet
- float
- acoustic
- computing unit
- tank
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Levels Of Liquids Or Fluent Solid Materials (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и может быть использовано для автоматизированного измерения и контроля уровня и плотности жидких сред в АСУТП. Сущность: в резервуаре Р с рабочей жидкостью Ж в вертикальном положении размещен уровнемер. Он содержит корпус 1, основной поплавок 2 с первым магнитом 3, вспомогательный поплавок 4 со вторым магнитом 5, звукопровод 6 из магнитострикционного материала, стабилизатор 7 натяжения, сигнальный электроакустический преобразователь 8, отражающий магнит 9, два ограничителя 10 перемещений, усилители 11, 12 записи и считывания, вычислительный блок 13, блок 14 индикации и шину 15 управления. Изменение уровня жидкости Ж в резервуаре Р изменяет местоположение поплавков 2, 4 с магнитами 3, 5 относительно звукопровода 6, что однозначно отражается на результирующем цифровом сигнале (коде), который формирует вычислительный блок 13 и отображает блок 14 индикации. Посредством второго поплавка 4 с магнитом 5 производится измерение плотности контролируемой жидкости Ж в резервуаре Р. Коррекция температурной составляющей измерения осуществляется на основе логометрического преобразования в широком диапазоне значений. Технический результат: повышение точности измерения и расширение функциональных возможностей за счет повышения помехоустойчивости и надежности преобразования уровня плотности жидких сред. 1 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной и преобразовательной технике и предназначено для автоматизированного измерения и контроля уровня и плотности жидких сред в АСУТП.
Известен уровнемер по авт. свид. SU № 838381, G01F 23/28, приор. 07.11.1978, опубл. 15.06.1981, который содержит прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с распределенной обмоткой и излучающим пьезоэлементом, закрепленного на его торцевой поверхности. Вдоль обмотки перемещается поплавковый элемент с магнитом, разделяющий границу жидкой и воздушной сред. Имеется также последовательно включенные генератор электрических сигналов, усилитель и решающий блок.
Известен другой уровнемер по патенту RU № 2060472, G01F 23/28, приор. 02.12.1993, опубл. 20.05.1996 Он состоит из прямолинейного магнитострикционного звукопровода с пьезоэлементом и распределенной измерительной обмоткой, заключенных в герметизированную трубку, вдоль которой перемещается поплавковый элемент с постоянным магнитом, а также два усилителя и формирователя импульсов, генератор импульсов и решающий блок.
В качестве прототипа заявленного устройства выбран уровнемер по патенту RU № 2213940, G01F 23/28, 23/30, приор. 09.01.2002, опубл. 10.10.2003. Известное устройство содержит прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с отражающей нагрузкой и неподвижным электроакустическим преобразователем, вдоль которого перемещается поплавковый элемент с магнитом, фиксирующий уровень раздела контролируемой среды, а также последовательно включенные усилитель считывания, блок кодирования и вычислений и усилитель записи.
Известные устройства [1-3] имеют общие недостатки, заключающиеся в недостаточных точности измерения и функциональных возможностях. Так, устройства [1, 2] имеют сложный по изготовлению первичный преобразователь с распределенной обмоткой преобразования акустического сигнала и помехоустойчивостью не более С/Ш=2/1. Применение пьезоизлучателя в акустическом тракте первичного преобразователя также снижает общую надежность устройств из-за временного изменения параметров механического контакта «пьезоэлемент-звукопровод». Структура и алгоритм работы этих устройств не позволяет производить одновременно измерение плотности контролируемой среды, что снижает их функциональные возможности и область использования. Устройство-прототип [3] имеет более простую схему построения акустического тракта первичного преобразователя с высокой (в 2 раза) помехоустойчивостью по сравнению с отмеченными устройствами и также не позволяет производить измерение плотности среды. Кроме того, устройства [1, 3] не позволяют эффективно компенсировать температурную составляющую погрешности измерения. В устройстве [2] такая компенсация выполняется через поправочную таблицу, записываемую в память решающего блока, что не обеспечивает требуемой точности коррекции составляющей погрешности измерения уровня.
Технический результат предлагаемого изобретения заключается в повышении точности измерения и расширения функциональных возможностей.
Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковой уровнемер, содержащий прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с отражающей нагрузкой и сигнальным электроакустическим преобразователем, закрепленными на его концах, вертикально размещенный в резервуаре с контролируемой жидкой средой, и поплавок с магнитом, установленный с возможностью перемещения между ограничителями перемещений и служащий для определения границы раздела сред, причем сигнальный электроакустический преобразователь закреплен в верхней части звукопровода на опорном расстоянии от его свободного конца, и подключен через усилитель считывания к информационному входу вычислительного блока, сигнальный выход которого через усилитель записи подключен к прямолинейному звукопроводу, дополнительно введены корпус, шина управления, вспомогательный поплавок с магнитом, закрепленный на корпусе под основным поплавком с возможностью продольного перемещения и размещенный в контролируемой среде во взвешенном состоянии для определения плотности жидкости, стабилизатор натяжения, установленный между верхним свободным концом звукопровода и корпусом, блок индикации, соединенный с информационными выходами вычислительного блока, подключенного к шине управления, причем в качестве отражающей нагрузки использован постоянный магнит, закрепленный на опорном расстоянии от нижнего свободного конца звукопровода.
Устройство поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема ультразвукового уровнемера.
Ультразвуковой уровнемер закреплен в резервуаре Р с рабочей жидкостью Ж и содержит корпус 1, основной поплавок 2 с первым магнитом 3, вспомогательный поплавок 4 со вторым магнитом 5, прямолинейный звукопровод 6 из магнитострикционного материала, стабилизатор 7 натяжения, сигнальный электроакустический преобразователь (ЭАП) 8, отражающий магнит 9, ограничители 10 перемещений, усилитель 11 записи, усилитель 12 считывания, вычислительный блок (ВБ) 13, блок 14 индикации и шина 15 управления.
Корпус 1 ультразвукового уровнемера вертикально размещен в резервуаре Р с контролируемой жидкостью Ж, где соосно размещены прямолинейный звукопровод 6 из магнитострикционного материала, нагруженный стабилизатором 7 натяжения. В нижней части звукопровода 6 на опорном расстоянии от его конца закреплен отражающий магнит 9 и здесь же на корпусе 1 установлен один ограничитель 10 перемещений. На опорном расстоянии от другого конца звукопровода 6 закреплен сигнальный ЭАП 8, подключенный к ВБ 13 через усилитель 12 считывания. С этой же стороны на корпусе 1 установлен другой ограничитель 10 перемещений, ниже которого закреплены с возможностью перемещения основной и вспомогательный поплавки 2, 4 с постоянными магнитами 3, 5. Они определяют границу раздела двух сред (жидкой и воздушной) и плотность контролируемой жидкости. Сигнальный выход ВБ 13 через усилитель 11 записи подключен к звукопроводу 6, а его информационные выходы - к входам блока 14 индикации. Шина 15 управления подключена к управляющему входу ВБ 13.
Ультразвуковой уровнемер работает следующим образом.
Первоначально уровнемер находится в заблокированном состоянии и не выполняет измерительного преобразования текущих значений уровня hx и плотности ρ жидкости Ж в резервуаре Р (см.чертеж). Его перевод в рабочее состояние осуществляется по сигналу «Управление», подаваемому по шине 15 управление на вход ВБ 13. По этому сигналу запускается опорный генератор, который вырабатывает видеоимпульсы записи требуемой формы с периодом Топр.
Они поступают на триггерные и счетные схемы (18, 26-29) ВБ 13 и подготавливают их к работе, а также на вход усилителя записи 11. Последний формирует сигналы записи, которые проходят в среду прямолинейного звукопровода 6 из магнитострикционного материала, нагруженного стабилизатором 7 натяжения и размещенных в изолированном корпусе 1 уровнемера. В результате прямого магнитострикционного преобразования под первым, вторым магнитами 3, 5 основного и вспомогательного поплавков 2, 4 и отражающего магнита 9 в звукопроводе 6 формируются механические деформационные волны кручения ультразвукового диапазона, распространяющиеся в его среде со скоростью Vкр волны нулевой моды.
На время распространения падающих волн кручения по звукопроводу 6 в сторону сигнального ЭАП 8 разблокируется вход измерительного канала ВБ 13 и запускается его измерительный генератор. Он вырабатывает серию высокочастотных импульсов высокостабильной частоты fo, которые подсчитываются двоичными счетчиками, осуществляющие вычислительное преобразование искомого уровня hx и плотности ρ контролируемой жидкости Ж в резервуаре Р. Еще один двоичный счетчик производит подсчет импульсов считывания формируемых сигнальным ЭАП 8 и усилителем 12 считывания с автоматической регулировкой усиления (АРУ), и управляет работой выше указанных счетчиков измерительного канала ВБ 13 через вентильные схемы. Применение усилителя 12 считывания с АРУ позволяет уменьшить составляющую погрешность измерения из-за затухания падающих волн кручения в звукопроводе 6 и тем самым, способствует повышению точности измерения уровня и плотности.
С приходом информационной падающей волны кручения, сформированной под первым магнитом 3 основного поплавка 2, разделяющего границу воздушной и жидкой сред в рабочем резервуаре Р, импульсы измерительного генератора через соответствующие вентильные схемы ВБ 13 поступают на счетные входы счетчиков уровня и плотности.
Размещение сигнального ЭАП 8 и отражающего магнита 9 на заданном опорном расстоянии от концов прямолинейного провода 6 позволяет увеличить примерно в 2 раза амплитуды информационных сигналов считывания и волн кручения завершающей фазы преобразования (образующих под магнитом 9) и повысить помехоустойчивость акустического канала уровнемера.
Приход информационной падающей волны кручения, образованной вторым магнитом 5 вспомогательного поплавка 4, находящегося во взвешенном (погруженном) состоянии в контролируемой жидкости Ж с плотностью ρ на расстоянии Lп от основного поплавка 2 с магнитом 3, и ее последующие считывания и преобразования в видеоимпульсы заданной длительности, регистрируется счетчиком числа волн кручения ВБ 13 с последующей блокировкой работы счетчика плотности через соответствующую вентильную схему.
В следующий момент времени на выходах этого счетчика будет сформирован двоичный код текущего значения плотности контролируемой жидкости Ж в резервуаре Р:
т.е. разность погружений поплавков 2, 4 с магнитами 3, 5 является функцией плотности ρ и перепада давлений ΔР=|Р1-Р2| на поверхности и на глубине Lп соответственно.
Считывание падающей волны кручения, образованной отражающем магнитом 9, через время Т=L/Vкр, где L - расстояние между магнитом 9 и ЭАП 8, завершает фазу текущего преобразования блокированием работы счетчиков уровня и цикла через соответствующие схемы ВБ 13. На разрядных выходах этих счетчиков в следующие моменты будут сформированы двоичные коды текущих значений цикла и уровня:
Одновременно по кодовому сигналу счетчика числа волн кручения через вентильные схемы блокируется вход измерительного канала ВБ 13, ограничивая доступ неинформационных сигналов считывания вне цикла Т преобразования, что также способствует повышению помехоустойчивости и надежности устройства.
Далее, коды N, Nп, Ny, сформированные на разрядных выходах счетчиков цикла, плотности и уровня поступает на схемы цифровых делителей ВБ 13, где производится логометрическое преобразование текущих значений уровня hx и плотности ρ:
обеспечивая высокое быстродействие. Эти коды с выходов ВБ 13 поступают на блок 14 индикации с формированием световой и звуковой информации.
При возникновении сбойной ситуации ВБ 13, приводящая, например к переполнению разрядной сетки хотя бы одного из счетчиков измерительного канала, будет сформирован сигнал ошибки, который информирует потребителя информации о ее недостоверности в данном цикле преобразования.
На этом текущий цикл преобразования уровня и плотности жидкости Ж в резервуаре Р завершается, и уровнемер переходит в режим ожидания очередного цикла преобразования, который выполняется аналогично рассмотренного через интервал Топр, который должен учитывать время затухания отраженных волн кручения в акустическом тракте (звукопроводе), не несущих информацию.
Применение в ультразвуковом уровнемере логометрического преобразования позволяет использовать в его первичном преобразователе ферросплавы с высокими значениями коэффициента магнитострикции, обеспечивая при этом высокую точность в широком диапазоне из-за уменьшения температурной составляющей погрешности и помехоустойчивость. Использование вспомогательного поплавка 4 с магнитом 5, отражающего магнита 9 и сигнального ЭАП 8, установленных на опорных расстояниях от конца звукопровода 6, дает возможность производить измерение плотности контролируемой жидкости Ж, расширяя функциональные возможности, и повысить помехоустойчивость и надежность устройства. Это отличает предлагаемое устройство от прототипа и аналогов и обеспечивает достижение положительного эффекта.
Источники информации
1. А.с. № 838381 (СССР), G01F 23/28. БИ № 22-81.
2. Патент № 2060472 РФ, G01F 23/28. БИ № 14-96.
3. Патент № 2213940 РФ, G01F 23/28, 23/30. БИ № 28-03, прототип.
Claims (1)
- Ультразвуковой уровнемер, содержащий прямолинейный звукопровод из магнитострикционного материала с отражающей нагрузкой и сигнальным электроакустическим преобразователем, закрепленными на его концах, вертикально размещенный в резервуаре с контролируемой жидкой средой, и поплавок с магнитом, установленный с возможностью перемещения между ограничителями перемещений и служащий для определения границы раздела сред, причем сигнальный электроакустический преобразователь закреплен в верхней части звукопровода на опорном расстоянии от его свободного конца, и подключен через усилитель считывания к информационному входу вычислительного блока, сигнальный выход которого через усилитель записи подключен к прямолинейному звукопроводу, отличающийся тем, что в него дополнительно введены корпус, шина управления, вспомогательный поплавок с магнитом, закрепленный на корпусе под основным поплавком с возможностью продольного перемещения и размещенный в контролируемой среде во взвешенном состоянии для определения плотности жидкости, стабилизатор натяжения, установленный между верхним свободным концом звукопровода и корпусом, блок индикации, соединенный с информационными выходами вычислительного блока, подключенного к шине управления, причем в качестве отражающей нагрузки использован постоянный магнит, закрепленный на опорном расстоянии от нижнего свободного конца звукопровода.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116807/28A RU2310174C1 (ru) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Ультразвуковой уровнемер |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2006116807/28A RU2310174C1 (ru) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Ультразвуковой уровнемер |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2310174C1 true RU2310174C1 (ru) | 2007-11-10 |
Family
ID=38958352
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2006116807/28A RU2310174C1 (ru) | 2006-05-16 | 2006-05-16 | Ультразвуковой уровнемер |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2310174C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102095477A (zh) * | 2010-11-28 | 2011-06-15 | 西安信唯信息科技有限公司 | 磁悬浮光电扫描液位测量传感头的设计方法 |
RU2614343C1 (ru) * | 2015-11-05 | 2017-03-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре |
CN108303162A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-20 | 太原尚水测控科技有限公司 | 磁致伸缩式电子水尺控制装置 |
-
2006
- 2006-05-16 RU RU2006116807/28A patent/RU2310174C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102095477A (zh) * | 2010-11-28 | 2011-06-15 | 西安信唯信息科技有限公司 | 磁悬浮光电扫描液位测量传感头的设计方法 |
CN102095477B (zh) * | 2010-11-28 | 2016-09-14 | 西安信唯信息科技有限公司 | 磁悬浮光电扫描液位测量传感头 |
RU2614343C1 (ru) * | 2015-11-05 | 2017-03-24 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева (национальный исследовательский университет)" (СГАУ) | Способ дистанционного контроля уровня и плотности жидкости в резервуаре |
CN108303162A (zh) * | 2018-02-09 | 2018-07-20 | 太原尚水测控科技有限公司 | 磁致伸缩式电子水尺控制装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4158964A (en) | Method and apparatus for determining liquid level | |
WO1996024027A2 (en) | Improvements relating to pulse echo distance measurement | |
JP2013140029A (ja) | 液面レベル計測装置、方法及びプログラム | |
SE427711B (sv) | Anordning for bestemning av vetskeniva genom ekolodning med en ultraljudgivare for sendning av akustiska vagor in i en gasatmosfer | |
WO2006122016A1 (en) | A method and apparatus for fluid density sensing | |
US9343055B2 (en) | Fluid density stratification location system, device and method | |
RU2310174C1 (ru) | Ультразвуковой уровнемер | |
RU2285908C1 (ru) | Устройство для измерения уровня и плотности жидкости (варианты) | |
CN203249687U (zh) | 一种精确测量超声波衰减系数的装置 | |
RU2319935C1 (ru) | Магнитострикционный уровнемер | |
Marick et al. | A float type liquid level measuring system using a modified inductive transducer | |
RU2298156C1 (ru) | Уровнемер-индикатор | |
RU2222786C1 (ru) | Способ измерения уровня жидкости магнитострикционным уровнемером и магнитострикционный уровнемер | |
RU2351903C1 (ru) | Уровнемер | |
KR101630301B1 (ko) | 자기왜곡방식의 거리측정을 이용한 테이퍼관형 면적식 유량계 | |
RU2298155C1 (ru) | Магнитострикционный уровнемер-индикатор | |
RU155410U1 (ru) | Адаптивный магнитострикционный преобразователь уровня и плотности топлива транспортного средства (его варианты) | |
RU2518470C1 (ru) | Способ определения уровня и других параметров фракционированной жидкости и магнитострикционный уровнемер для его осуществления | |
RU2319987C1 (ru) | Ультразвуковой термоанемометр с устройством автоматического восстановления точностных характеристик измерений | |
RU134631U1 (ru) | Магнитострикционный преобразователь линейных перемещений | |
RU2298154C1 (ru) | Ультразвуковой уровнемер | |
RU2306532C1 (ru) | Способ измерения уровня жидкости в резервуаре | |
CN107206428B (zh) | 用于制造自动化技术现场设备的声音换能器的方法 | |
RU142932U1 (ru) | Магнитострикционный уровнемер | |
RU189910U1 (ru) | Уровнемер |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20080517 |