RU2351903C1 - Level indicator - Google Patents
Level indicator Download PDFInfo
- Publication number
- RU2351903C1 RU2351903C1 RU2007146952/28A RU2007146952A RU2351903C1 RU 2351903 C1 RU2351903 C1 RU 2351903C1 RU 2007146952/28 A RU2007146952/28 A RU 2007146952/28A RU 2007146952 A RU2007146952 A RU 2007146952A RU 2351903 C1 RU2351903 C1 RU 2351903C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- float
- input
- sound duct
- output
- sound
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Level Indicators Using A Float (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области измерительной техники, автоматики и вычислительной техники и может быть использовано в системах измерения уровня, плотности и уровня раздела различных жидких сред в резервуарах при их отпуске, приеме и хранении.The invention relates to the field of measuring technology, automation and computer technology and can be used in systems for measuring the level, density and separation level of various liquid media in tanks during their dispensing, reception and storage.
Существующие на сегодня технические средства контроля и измерения уровня жидкостей основаны на различных физических принципах и технических решениях. Одними из наиболее точных и перспективных являются измерители, принцип действия которых основан на магнитострикционном эффекте. Данные измерители содержат звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала и поплавок с постоянным магнитом, установленным с возможностью перемещения вдоль звукопровода. В звукопроводе различными способами создается импульсное магнитное поле (продольное или поперечное, в зависимости от конструкции измерителя). В месте установки поплавка импульсное поле и поле постоянного магнита сталкиваются, образуя в звукопроводе под действием магнитострикционного эффекта импульс продольной либо поперечной (крутильной) деформации. Этот импульс распространяется по звукопроводу и с помощью приемного устройства фиксируется и обрабатывается электронным блоком измерителя. Сигнал в звукопроводе распространяется с постоянной ультразвуковой скоростью. Это позволяет после обработки сигнала достаточно точно определять расстояние до магнита поплавка, а следовательно, и уровень жидкости, который соответствует положению поплавка.The existing technical means of monitoring and measuring the level of liquids are based on various physical principles and technical solutions. One of the most accurate and promising are meters, the principle of which is based on the magnetostrictive effect. These meters contain a sound duct in the form of a string of magnetostrictive material and a float with a permanent magnet installed with the possibility of movement along the sound duct. In a sound duct, a pulsed magnetic field is created in various ways (longitudinal or transverse, depending on the design of the meter). At the place of installation of the float, the pulsed field and the field of the permanent magnet collide, forming a longitudinal or transverse (torsional) impulse in the sound duct under the action of the magnetostrictive effect. This pulse propagates through the sound duct and, with the help of a receiving device, is fixed and processed by the electronic unit of the meter. The signal in the sound pipe propagates at a constant ultrasonic speed. This allows after processing the signal to accurately determine the distance to the magnet of the float, and therefore the liquid level, which corresponds to the position of the float.
Уровнемеры могут быть дополнительно оснащены датчиками - измерителями плотности, сигнализаторами (измерителями) уровня раздела сред. Приемное устройство сигнала представляет собой пьезоэлемент или индуктивную катушку. В виду разности конструкций уровнемеров их возможности по величине измеряемого уровня, верхних и нижних не измеряемых уровней и точности измерений - различны. Заметно отличаются и эксплуатационные характеристики уровнемеров и их телемеханические возможности. (Например, уровнемер-идикатор по патенту РФ №2298156, МПК G01F 23/28, 2007 г.)Level gauges can be additionally equipped with sensors - density meters, signaling devices (meters) of the medium separation level. The signal receiving device is a piezoelectric element or an inductive coil. In view of the difference in the designs of the level gauges, their capabilities in terms of the measured level, upper and lower unmeasured levels, and measurement accuracy are different. The operational characteristics of the level gauges and their telemechanical capabilities also noticeably differ. (For example, the level indicator according to the patent of the Russian Federation No. 2298156, IPC G01F 23/28, 2007)
Известно устройство для измерения уровня нефтепродуктов, описанное в патенте РФ №2087874, МПК G01F 23/28, 1996. Указанное устройство содержит звукопровод из магнитострикционного материала с демпфером на одном из концов, катушку считывания, установленную перед демпфером и подключенную к усилителю-формирователю, три постоянных магнита, один из которых зафиксирован в конце звукопровода со стороны катушки считывания, а два других расположены на поплавках разной плавучести, два ключа, соединенные с разными концами звукопровода и подключенные к общей шине, причем звукопровод в точке, расположенной между зафиксированным магнитом и катушкой считывания, соединен с источником питания, а через первый - с каналом измерения, включающим регистр с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, генератор счетных импульсов, счетчик, регистр памяти, два формирователя импульсов запуска, дешифратор адреса, формирователь сигнала готовности, формирователь импульсов блокировки и шину обмена. Это устройство позволяет производить измерение двух уровней жидкостей с разной плотностью при помощи двух поплавков разной плавучести. Однако данное устройство не позволяет производить измерение плотности.A device for measuring the level of petroleum products is described in RF patent No. 2087874, IPC G01F 23/28, 1996. This device contains a sound duct of magnetostrictive material with a damper at one end, a read coil installed in front of the damper and connected to the amplifier-former, three permanent magnets, one of which is fixed at the end of the sound duct from the side of the read coil, and the other two are located on floats of different buoyancy, two keys connected to different ends of the sound duct and connected to a common the bus, moreover, the sound duct at the point located between the fixed magnet and the read coil is connected to the power source, and through the first to the measuring channel, including a register with parallel input and sequential shift of information, a counter of pulse counters, a counter, a memory register, two pulse shapers startup, address decoder, ready signal shaper, blocking pulse shaper and exchange bus. This device allows the measurement of two levels of liquids with different densities using two floats of different buoyancy. However, this device does not allow density measurement.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому уровнемеру является устройство для измерения уровня и плотности, описанное в патенте РФ №2138028, G01F 23/68, 1998 г. Устройство содержит звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала с демпфером на первом его конце, катушку считывания, установленную под демпфером, и первый постоянный (опорный) магнит, расположенный под катушкой считывания, второй поплавок (поплавок уровня) со вторым постоянным магнитом, установленный под первым постоянным магнитом с возможностью перемещения вдоль звукопровода, первый поплавок (поплавок плотности) с третьим постоянным магнитом, расположенный между вторым поплавком и вторым концом звукопровода с возможностью перемещения вдоль звукопровода, нижняя часть первого поплавка (плотности) выполнена в виде цилиндра, а верхняя содержит расположенные на торце цилиндра с одинаковым шагом по длине окружности цилиндра n стержней, где n≥2, второй поплавок установлен с возможностью свободного перемещения между стержнями первого поплавка, блок преобразования включает усилитель-формирователь, входы которого соединены с выходами катушки считывания, генератор импульсов, счетчик, регистр памяти, регистр с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, два формирователя импульсов запуска, дешифратор адреса, формирователь сигнала готовности, формирователь блокировки, два ключа, вход первого из которых соединен с вторым концом звукопровода, а вход второго соединен с первым концом звукопровода, и шину обмена, выход усилителя-формирователя соединен с тактовым входом регистра с параллельным входом и последовательным сдвигом информации, выход первого формирователя импульсов запуска соединен с входом сброса счетчика, счетный вход которого соединен с выходом генератора счетных импульсов, информационный выход счетчика через регистр памяти соединен с шиной обмена, которая соединена с входом дешифратора адреса, первый выход которого соединен с входом разрешения считывания регистра памяти, второй и третий выходы дешифратора адреса соединены соответственно с входом первого формирователя импульсов запуска и вторым входом формирователя сигнала готовности, первый вход которого соединен с входом разрешения записи регистра памяти и выходом регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, четвертый выход дешифратора адреса соединен с входом записи кода выбора регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, параллельные входы для ввода информации которого и выход формирователя сигнала готовности соединены с общей шиной, управляющие входы первого и второго ключей соединены соответственно с выходами первого и второго формирователей импульсов запуска, а выходы - с общей шиной, входы второго формирователя импульсов запуска и формирователя импульсов блокировки соединены соответственно с пятым и вторым выходами дешифратора адреса, а выход формирователя импульсов блокировки соединен с входом блокировки регистра с параллельным вводом и последовательным сдвигом информации, звукопровод в точке, расположенной между первым магнитом, закрепленным на фиксированном расстоянии от катушки считывания, и катушкой считывания, соединен с источником питания.The closest in technical essence to the proposed level gauge is a device for measuring the level and density described in RF patent No. 2138028, G01F 23/68, 1998. The device contains a sound duct in the form of a string of magnetostrictive material with a damper at its first end, a read coil, installed under the damper, and the first permanent (reference) magnet located under the read coil, the second float (level float) with a second permanent magnet, mounted under the first permanent magnet with the ability to move along the sound duct, the first float (density float) with a third permanent magnet located between the second float and the second end of the sound duct with the ability to move along the sound duct, the lower part of the first float (density) is made in the form of a cylinder, and the upper one contains the same pitch located on the end of the cylinder along the circumference of the cylinder n rods, where n≥2, the second float is installed with the possibility of free movement between the rods of the first float, the conversion unit includes an amplifier-shaped the one whose inputs are connected to the read coil outputs, a pulse generator, a counter, a memory register, a register with parallel input and sequential shift of information, two start pulse shapers, an address decoder, a ready signal shaper, a lock shaper, two keys, the input of the first of which is connected with the second end of the sound duct, and the input of the second is connected to the first end of the sound duct, and the exchange bus, the output of the amplifier-former is connected to the clock input of the register with a parallel input and serial by shifting information, the output of the first trigger pulse generator is connected to the counter reset input, the counter input of which is connected to the output of the counter pulse generator, the counter information output through the memory register is connected to the exchange bus, which is connected to the input of the address decoder, the first output of which is connected to the read permission input of the memory register, the second and third outputs of the address decoder are connected respectively to the input of the first trigger pulse shaper and the second input of the signal shaper te, the first input of which is connected to the enable input of the memory register and the output of the register with parallel input and sequential shift of information, the fourth output of the address decoder is connected to the write input of the register selection code with parallel input and serial shift of information, parallel inputs for input of which information and output the ready signal shaper is connected to a common bus, the control inputs of the first and second keys are connected respectively to the outputs of the first and second pulse shapers the trigger, and the outputs are with a common bus, the inputs of the second trigger pulse generator and the blocking pulse generator are connected respectively to the fifth and second outputs of the address decoder, and the output of the blocking pulse generator is connected to the register blocking input with parallel input and serial shift of information, the sound pipe at the point, located between the first magnet, fixed at a fixed distance from the read coil, and the read coil, connected to a power source.
Общими признаками этого устройства с заявляемым техническим решением являются электронный блок (блок преобразования), установленные в защитном кожухе звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала, катушка считывания, первый постоянный магнит (опорный магнит), первый поплавок, установленный с возможностью перемещения с расположенным на нем магнитом (поплавок уровня), второй поплавок со вторым постоянным магнитом с возможностью перемещения вдоль звукопровода (поплавок плотности), нижняя часть второго поплавка выполнена в виде цилиндра, а верхняя содержит расположенные на торце цилиндра n стержней, где n≥2, первый поплавок установлен с возможностью свободного перемещения между стержнями второго поплавка.Common features of this device with the claimed technical solution are an electronic unit (conversion unit), a sound duct installed in a protective casing in the form of a string of magnetostrictive material, a read coil, a first permanent magnet (reference magnet), and a first float mounted for movement with it located on it magnet (level float), a second float with a second permanent magnet with the ability to move along the sound duct (density float), the lower part of the second float is made in in the form of a cylinder, and the upper one contains n rods located at the end of the cylinder, where n≥2, the first float is installed with the possibility of free movement between the rods of the second float.
К недостаткам указанного устройства следует отнести наличие дополнительной погрешности измерений, связанной с изменением уровня сигнала в звукопроводе с течением времени и при изменении температуры окружающей среды, сложность конструкции и наличие ограничений эксплуатационных характеристик, налагаемых конструкцией.The disadvantages of this device include the presence of an additional measurement error associated with a change in the signal level in the sound pipe over time and with a change in ambient temperature, the complexity of the design and the presence of limitations in the operational characteristics imposed by the design.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является повышение точности измерений, упрощение конструкции, снижение себестоимости устройства при сохранении основных технических характеристик.The problem to which the invention is directed, is to increase the accuracy of measurements, simplify the design, reduce the cost of the device while maintaining the basic technical characteristics.
Для решения поставленной задачи в известном устройстве, которое содержит блок преобразования, звукопровод в виде струны из магнитострикционного материала, установленный в защитном кожухе, катушку считывания, опорный магнит, поплавок уровня и поплавок плотности с постоянными магнитами, установленные с возможностью перемещения вдоль звукопровода, нижняя часть поплавка плотности выполнена в виде цилиндра, а верхняя содержит расположенные на торце цилиндра n стержней, где n≥2, поплавок уровня установлен с возможностью перемещения между стержнями поплавка плотности, катушка считывания выполнена из двух одинаковых секций, разнесенных вдоль звукопровода на расстояние от 1/4 до 1/2 длины волны или на расстояние, соответствующее от 1/2 до 1 длительности возбуждаемого в звукопроводе импульса, блок преобразования содержит дифференциальный усилитель, входы которого подключены к двухсекционной катушке считывания, компаратор с переключаемым порогом срабатывания, один вход которого соединен с выходом дифференциального усилителя, формирователь импульса тока, выходы которого соединены с концами звукопровода, микропроцессорную схему обработки, вход которой соединен с выходом компаратора, один выход соединен со входом формирователя импульса тока, другой со вторым входом компаратора. На стержни поплавка плотности установлена крышка, исключающая крен поплавка, а постоянный магнит расположен на крышке. Введен поплавок раздела сред с постоянным магнитом, расположенный под поплавком плотности с возможностью перемещения вдоль звукопровода, вместо демпфера верхний конец звукопровода жестко зафиксирован для получения полного отражения импульса, нижний конец звукопровода подпружинен и зафиксирован для получения полного отражения импульса, опорный магнит либо отсутствует, либо установлен над нижним концом звукопровода.To solve the problem in a known device that contains a conversion unit, a sound duct in the form of a string of magnetostrictive material installed in a protective casing, a read coil, a support magnet, a level float and a density float with permanent magnets installed with the ability to move along the sound duct, the lower part the density float is made in the form of a cylinder, and the upper one contains n rods located at the end of the cylinder, where n≥2, the level float is installed with the possibility of movement between using the density float, the read coil is made of two identical sections, spaced along the sound duct by a distance of 1/4 to 1/2 of the wavelength or a distance corresponding to 1/2 to 1 of the duration of the pulse excited in the sound duct, the conversion unit contains a differential amplifier, the inputs of which are connected to a two-section reading coil, a comparator with a switchable threshold, one input of which is connected to the output of a differential amplifier, a current pulse shaper, the outputs of which are connected connected to the ends of the sound duct, a microprocessor processing circuit, the input of which is connected to the output of the comparator, one output is connected to the input of the current pulse shaper, and the other to the second input of the comparator. A cover is installed on the rods of the density float, eliminating the roll of the float, and a permanent magnet is located on the cover. A permanent magnet interface section float is introduced, located under the density float and can be moved along the sound duct, instead of the damper, the upper end of the sound duct is rigidly fixed to obtain full momentum reflection, the lower end of the sound duct is spring-loaded and fixed to obtain full momentum reflection, the support magnet is either absent or installed above the lower end of the sound duct.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображена функциональная схема устройства, на фиг.2 - принцип формирования двуполярного сигнала, на фиг.3 - кривые сигнала устройства с односекционной и двухсекционной катушкой считывания, на фиг.4 - конструкция устройства для измерения уровня и плотности, на фиг.5 поясняется работа устройства при измерении плотности.The essence of the invention is illustrated by drawings. Figure 1 shows a functional diagram of the device, figure 2 - the principle of formation of a bipolar signal, figure 3 - waveforms of a signal device with a single-section and two-section read coil, figure 4 - the design of the device for measuring level and density, in fig. 5 illustrates the operation of the device when measuring density.
Устройство содержит установленный в защитном кожухе 1 звукопровод 2 из магнитострикционного материала в виде струны, зафиксированной с обоих сторон для получения полного отражения импульса, кроме того, нижний конец звукопровода подпружинен пружиной 3, постоянные магниты 4, 5, 6 и 7, один из которых 4 (опорный) установлен внизу звукопровода и имеет фиксированное расстояние Хоп до катушки 8 считывания, а три других расположены на поплавках разной плавучести (поплавки уровня 6, плотности 7 и раздела сред 5). Блок преобразования содержит дифференциальный усилитель 9, компаратор с переключаемым порогом срабатывания 10, формирователь импульса тока 11 и микропроцессорную схему обработки 12. Причем входы дифференциального усилителя 9 подключены к двухсекционной катушке считывания 8, первый вход компаратора 10 с переключаемым порогом срабатывания соединен с выходом дифференциального усилителя 9, второй вход с вторым выходом микропроцессорной схемы обработки 12, вход микропроцессорной схемы обработки 12 соединен с выходом компаратора с переключаемым порогом срабатывания 10, а первый выход со входом формирователя импульса тока 11, выходы которого соединены с концами звукопровода 1. Катушка считывания 8 выполнена из двух одинаковых секций, разнесенных вдоль звукопровода на расстояние 1/2 длины волны или на расстояние, соответствующее 1 длительности возбуждаемого в звукопроводе импульса. Нижняя часть поплавка плотности 7 выполнена в виде цилиндра, а верхняя содержит расположенные на торце цилиндра 4 стержни, поплавок уровня установлен с возможностью перемещения между стержнями поплавка плотности, на стержни поплавка плотности установлена крышка 13, исключающая крен поплавка.The device contains a sound duct 2 installed in the
Устройство работает следующим образом. Работа инициируется микропроцессорной схемой обработки 12 подачей импульса на формирователь импульса тока 11. Одновременно в микропроцессорной схеме обработки 12 начинается отсчет времени. Формирователь импульса тока 11 создает в звукопроводе 2 импульс тока фиксированной амплитуды и длительности. Импульс тока в звукопроводе создает импульсное магнитное поле. Это поле, сталкиваясь с магнитным полем магнитов 4, 5, 6 и 7, создает в месте их расположения импульс поперечной (крутильной) деформации, который с ультразвуковой скоростью распространяется к концам звукопровода. На концах звукопровода импульсы отражаются. Таким образом, возбужденные импульсы циркулируют в звукопроводе до их полного затухания. При работе устройства считывается информация, только о прямых импульсах, идущих от магнитов 4…7 до катушки, а также об обратных импульсах, идущих к катушке от магнитов 5…7 после отражения от нижнего конца звукопровода 2. Каждый импульс, проходя под катушкой считывания 8, наводит на ней электрический сигнал (эффект Виллари). Сигналы с секций катушки считывания 8 усиливаются дифференциальным усилителем 9. Поскольку секции катушки разнесены вдоль звукопровода, то импульсы секций разнесены во времени. Обрабатывая импульсы секций дифференциальным усилителем, мы преобразуем однополярный сигнал в двуполярный (фиг.2). Данный сигнал поступает на компаратор 10 с переключаемым порогом срабатывания. При превышении порога срабатывания на нарастающем фронте сигнала компаратор 10 формирует передний фронт выходного импульса и устанавливает порог срабатывания, равный нулю. При переходе сигнала через ноль на падающем фронте компаратор 10 формирует задний фронт выходного импульса, по которому микропроцессорная схема обработки 12 производит отсчет времени распространения импульса в звукопроводе. Микропроцессорная схема обработки 12 фиксирует времена распространения импульсов деформации от магнитов 4…7 до катушки и производит вычисление соответствующих расстояний, а следовательно, уровня жидкости, плотности и уровня раздела сред.The device operates as follows. The operation is initiated by the
Применение двухсекционной катушки, дифференциального усилителя и компаратора с переключаемым порогом срабатывания дает ряд преимуществ, а именно:The use of a two-section coil, a differential amplifier and a comparator with a switchable threshold of operation gives a number of advantages, namely:
- в схеме с односекционной катушкой и фиксированным порогом срабатывания Uпор., соответствующим отсчету, при изменении уровня сигнала, вызванным изменением температуры или поглощением магнитострикционной волны в звукопроводе, возникает ошибка отсчета Δt (фиг.3). Применение двухсекционной катушки и дифференциального усилителя преобразует однополярный сигнал в двуполярный. При этом точка, в которой сигнал переходит через ноль, не зависит от уровня сигнала и соответствует моменту прохождения импульсом середины двухсекционной катушки. Именно эта точка взята за точку отсчета. Благодаря этому минимизируется ошибка, связанная с изменением уровня сигнала (фиг.3). Поэтому в компараторе 10 используются два порога. Один из порогов Uпор.l служит для выделения сигнала на фоне шумов, второй - порог Uпор.2, равный нулю, для определения точки отсчета,- in the circuit with a single-section coil and a fixed threshold Ufor. corresponding to the reference, when the signal level changes due to a change in temperature or absorption of the magnetostrictive wave in the sound pipe, a reading error Δt occurs (Fig. 3). The use of a two-section coil and a differential amplifier converts a unipolar signal into a bipolar signal. In this case, the point at which the signal passes through zero does not depend on the signal level and corresponds to the moment the pulse passes the middle of the two-section coil. This point is taken as a reference point. Due to this, the error associated with a change in the signal level is minimized (figure 3). Therefore, two thresholds are used in comparator 10. One of the thresholds Uпор.l serves to isolate the signal against the background of noise, the second - the threshold Uпор.2, equal to zero, to determine the reference point,
- двухсекционная катушка и дифференциальная схема обработки позволяют гасить внешние (одинаково наведенные) помехи, что по сравнению с односекционной катушкой увеличивает соотношение сигнал/шум, снижает требования по экранированию катушки, усилителя и проводов связи между ними, упрощает их конструкцию. Нет необходимости в удалении катушки от цифрового блока преобразования.- a two-section coil and a differential processing circuit allow to suppress external (equally induced) interference, which, compared with a single-section coil, increases the signal-to-noise ratio, reduces the requirements for shielding the coil, amplifier and communication wires between them, simplifies their design. There is no need to remove the coil from the digital conversion unit.
Расстояние между секциями должно соответствовать от 1/4 до 1/2 длины волны или от 1/2 до 1 длительности возбуждаемого в звукопроводе импульса. Длительность tи импульса связана с длиной волны λ и скоростью распространения V:The distance between the sections should correspond from 1/4 to 1/2 of the wavelength or from 1/2 to 1 of the duration of the pulse excited in the sound pipe. The pulse duration tand is related to the wavelength λ and the propagation velocity V:
При расстоянии между секциями, равном λ/2, получается максимальная амплитуда выходного импульса при прочих равных условиях (диаметр катушки, диаметр провода катушки и др.), что обусловлено формой сигнала, а так же тем, что длина секции катушки максимальна, близка к оптимальной (λ/2) и катушка при прочих равных условиях может иметь максимальное количество витков. При приближении к расстоянию между секциями, равному λ/4, длина секций уменьшается, уменьшается амплитуда сигнала, но увеличивается крутизна падающего фронта импульса, что имеет положительное значение, так как порог срабатывания компаратора имеет температурный, временной дрейф, а также снижается влияние помех, накладываемых на сигнал.When the distance between the sections is equal to λ / 2, the maximum amplitude of the output pulse is obtained, all other things being equal (coil diameter, coil wire diameter, etc.), which is due to the waveform, as well as the fact that the length of the coil section is maximum, close to optimal (λ / 2) and the coil, ceteris paribus, can have a maximum number of turns. When approaching the distance between the sections, equal to λ / 4, the length of the sections decreases, the signal amplitude decreases, but the steepness of the incident pulse front increases, which is positive, since the threshold of the comparator has a temperature, time drift, and also reduces the influence of interference imposed by to the signal.
Введение формирователя импульса тока вместо ключей, которые создают на звукопроводе импульс напряжения, дает следующие преимущества. В зависимости от длины звукопровода и его температуры изменяется его сопротивление и собственная индуктивность.The introduction of a current pulse shaper instead of the keys that create a voltage pulse on the sound pipe gives the following advantages. Depending on the length of the sound duct and its temperature, its resistance and its own inductance change.
При подаче импульса напряжения изменение сопротивления приводит к изменению тока и, соответственно, возбуждающего магнитного поля. Изменение индуктивности приводит к затягиванию фронтов импульса тока, а при значительных длинах звукопровода при подаче прямоугольного импульса напряжения можно получить трапециевидный или треугольный импульс тока в нем, что также изменит магнитное поле возбуждения. Применение импульса тока сохраняет магнитное поле (условие возбуждения сигнала), делает его независимым от длины звукопровода и температуры. Таким образом, повышается стабильность уровня сигнала и соответственно точность измерения.When a voltage pulse is applied, a change in resistance leads to a change in current and, accordingly, an exciting magnetic field. A change in the inductance leads to a tightening of the edges of the current pulse, and with significant lengths of the sound duct when applying a rectangular voltage pulse, you can get a trapezoidal or triangular current pulse in it, which will also change the magnetic field of the excitation. The use of a current pulse preserves the magnetic field (the condition for signal excitation), making it independent of the length of the sound duct and temperature. Thus, the stability of the signal level and, accordingly, the measurement accuracy are improved.
Кроме того, отпадает необходимость в соединении звукопровода с питанием в точке между катушкой и магнитами для организации подмагничивания звукопровода под катушкой. Так как подается импульс тока, не зависящий от длины струны и температуры, звукопровод под катушкой каждый раз одинаково подмагничивается. Выполнение вышеуказанного соединения представляет собой серьезную задачу, т.к. необходимо обеспечить хороший гальванический контакт и не нарушить условия распространения волны в звукопроводе. Наличие данного соединения в любом случае вызовет изменения сигнала за счет отражения от него части импульса, причем данное изменение будет зависеть от многих факторов.In addition, there is no need to connect the sound duct with power at a point between the coil and magnets to organize magnetization of the sound duct under the coil. Since a current pulse is supplied, independent of the length of the string and temperature, the sound duct under the coil is equally magnetized each time. The implementation of the above connection is a serious task, because it is necessary to ensure good galvanic contact and not violate the conditions of wave propagation in the sound duct. The presence of this compound in any case will cause signal changes due to reflection of part of the pulse from it, and this change will depend on many factors.
Установка опорного магнита 4 внизу звукопровода дает следующие преимущества. Устройство определяет времена распространения импульсов от магнитов 7, 6, 5 до катушки:Installing the
Учитывая постоянство скорости распространения волны в звукопроводе и зная расстояние до опорного магнита Хоп, можно точно определить расстояния до магнитов:Given the constancy of the wave propagation velocity in the sound duct and knowing the distance to the Hop reference magnet, it is possible to accurately determine the distances to the magnets:
Как видно из формул, изменение скорости распространения волны в звукопроводе при изменении температуры или других факторов не влияет на результаты измерений.As can be seen from the formulas, a change in the speed of propagation of a wave in a sound pipe when a temperature or other factors change does not affect the measurement results.
Аналогично, если поставить опорный магнит вверху звукопровода, над остальными магнитами на расстоянии Хоп от катушки и использовать в качестве опорного время распространения импульса от опорного магнита до нижнего конца звукопровода и после отражения до катушки, то:Similarly, if you put a reference magnet at the top of the sound duct, above the other magnets at a distance Hop from the coil and use as a reference the propagation time of the pulse from the reference magnet to the lower end of the sound duct and after reflection to the coil, then:
а but
где А - расстояние от нижнего конца звукопровода до катушки.where A is the distance from the lower end of the sound duct to the coil.
Как видно из формул, изменение скорости распространения волны в звукопроводе при изменении температуры или других факторов не влияет на результаты измерений, но при плохой фиксации нижнего конца звукопровода точка отражения может изменяться с течением времени и от температуры (изменяется параметр А), что приводит к погрешности.As can be seen from the formulas, a change in the wave propagation velocity in a sound pipe with a change in temperature or other factors does not affect the measurement results, but with a poor fixation of the lower end of the sound pipe, the reflection point can change over time and temperature (parameter A changes), which leads to an error .
В то же время, при хорошей фиксации конца звукопровода, когда точка отражения не меняется, суммарное время распространения прямого импульса от магнита до катушки и обратного импульса от магнита до нижнего конца звукопровода и до катушки равно:At the same time, with good fixation of the end of the sound duct, when the reflection point does not change, the total propagation time of the forward pulse from the magnet to the coil and the reverse pulse from the magnet to the lower end of the sound pipe and to the coil is:
где t1', t2', t3' - время распространения обратного импульса от магнитов 7, 6, 5 соответсвенно до нижнего конца звукопровода и после отражения до катушки.where t1 ', t2', t3 'is the propagation time of the reverse pulse from
Как видно из формул, суммарное время распространения прямого и обратного импульса одинаковы. Взяв это время за опорное и зная расстояние А, получаем:As can be seen from the formulas, the total propagation time of the forward and reverse pulses are the same. Taking this time for the reference and knowing the distance A, we get:
результат измерения также не зависит от скорости распространения волны в звукопроводе.the measurement result also does not depend on the speed of wave propagation in the sound duct.
Таким образом, при плохой фиксации конца звукопровода опорный магнит с целью уменьшения погрешности целесообразно ставить внизу звукопровода, а при хорошей - он совершенно не нужен.Thus, in case of poor fixation of the end of the sound duct, it is advisable to place the support magnet in order to reduce the error at the bottom of the sound duct, and if it is good, it is completely unnecessary.
Рассмотрим подробнее остальные нововведения. Демпфер в известной конструкции заменен жесткой фиксацией верхнего конца звукопровода. Реализация демпфера - сложная техническая задача, т.к. демпфер должен постепенно менять условия распространения волны, в противном случае произойдет не поглощение, а отражение волны. Демпфер должен быть выполнен из эластичного материала, но при этом должен иметь хороший контакт с поверхностью звукопровода и не менять свои свойства с течением времени и от температуры. Зафиксировать верхний конец струны проще, но при этом возникает задача исключения влияния импульса, отраженного от верхнего конца струны. Эта задача решается с помощью микропроцессорной схемы обработки 12 подачей на компаратор 10 импульса блокировки во время прохождения отраженного от верхнего конца звукопровода импульса под катушкой считывания. Кроме того, демпфер должен иметь достаточную протяженность, несколько длин волн, чтобы постепенно менять условия распространения волны. Таким образом, замена демпфера жесткой фиксацией при прочих равных условиях уменьшает зону в верхней части защитного кожуха уровнемера, где измерения по конструктивным соображениям не возможны (верхний не измеряемый уровень).Consider the remaining innovations in more detail. The damper in the known design is replaced by rigid fixation of the upper end of the sound duct. The implementation of the damper is a difficult technical task, because the damper should gradually change the propagation conditions of the wave, otherwise it will not be absorption, but reflection of the wave. The damper must be made of elastic material, but it must have good contact with the surface of the sound duct and not change its properties over time and temperature. It is simpler to fix the upper end of the string, but the problem arises of eliminating the influence of a pulse reflected from the upper end of the string. This problem is solved using the
Подпружинивание нижнего конца звукопровода пружиной 3 (фиг.4) целесообразно из следующих соображений. С изменением температуры геометрические размеры струны изменяются. Если температурный коэффициент линейного расширения звукопровода не будет совпадать с соответствующим коэффициентом устройства, в котором звукопровод закреплен, то с изменением температуры будет изменяться натяжение струны, а следовательно, и уровень возбуждаемого в струне импульса. Особенно это будет проявляться при больших длинах звукопровода. Введение пружины 3 позволяет сохранять в стабильном состоянии механические (магнитострикционные) свойства звукопровода.Springing the lower end of the sound pipe with a spring 3 (figure 4) is advisable for the following reasons. As the temperature changes, the geometric dimensions of the string change. If the temperature coefficient of linear expansion of the sound duct does not coincide with the corresponding coefficient of the device in which the sound duct is fixed, then the string tension and, consequently, the level of the pulse excited in the string will change with temperature. This will especially occur with large lengths of the sound duct. The introduction of the
Рассмотрим поподробнее поплавок плотности. В известной конструкции нижняя часть поплавка выполнена в виде цилиндра, а верхняя содержит расположенные на торце цилиндра с одинаковым шагом по длине окружности цилиндра n стержней, где n≥2. Принцип работы поплавка аналогичен работе ареометра в соответствии с законом Архимеда, т.е. его глубина погружения зависит от плотности жидкости (фиг.5).Let us consider in more detail the density float. In the known construction, the lower part of the float is made in the form of a cylinder, and the upper part contains n rods located at the end of the cylinder with the same pitch along the circumference of the cylinder, where n≥2. The principle of operation of the float is similar to the operation of the hydrometer in accordance with the law of Archimedes, i.e. its immersion depth depends on the density of the liquid (figure 5).
Плотность жидкости в устройстве при условии постоянства в поплавке поперечного сечения стержней рассчитывается по формуле:The density of the liquid in the device, provided that the cross section of the rods is constant in the float, is calculated by the formula:
где ρ1эт, ρ2эт. - плотность эталонных жидкостей (ρ1эт<ρ2эт.), используемых при калибровке;where ρ 1 et , ρ 2 et. - the density of the reference liquids (ρ 1 et <ρ 2 et. ) used in the calibration;
h1эт., h2эт. - расстояния между магнитами поплавка плотности 7 и поплавка уровня 6, определяемые при калибровке, в жидкостях с плотностями ρ1эт. и ρ2эт.. соответственно;h 1st floor h 2et. - the distances between the magnets of the
h - измеренное расстояние между магнитами поплавка плотности 6 и поплавка уровня 5. Расстояние между магнитами определяется:h is the measured distance between the magnets of the
h=X2-Xl.h = X2-Xl.
Для повышения точности эталонные жидкости выбираются с плотностями, равными или близкими к краям диапазона измерения.To increase accuracy, reference liquids are selected with densities equal to or close to the edges of the measuring range.
Очевидно, что для заданного диапазона измерений плотности и погрешности измерений расстояния между магнитами погрешность измерений плотности будет зависеть от рабочего хода поплавка (длины стержней). Чем больше рабочий ход (длиннее стержни), тем меньшее приращение плотности соответствует приращению глубины погружения поплавка и соответственно меньше погрешность измерений плотности.Obviously, for a given range of density measurements and the error in measuring the distance between the magnets, the error in the density measurements will depend on the stroke of the float (length of the rods). The larger the stroke (longer than the rods), the smaller the increment in density corresponds to the increment in the immersion depth of the float and, accordingly, the smaller the error in density measurements.
В известной конструкции увеличение длины стержней без увеличения диаметра поплавка затруднено тем, что при этом центр тяжести поплавка смещается вверх и поплавок начинает давать крен. Крен поплавка плотности мешает поплавку уровня свободно перемещаться между стержнями поплавка плотности. Крен поплавка можно убрать введением балласта в нижней части поплавка плотности, но при значительных длинах стержней и малых диаметрах поплавка плотности это не эффективно.In the known construction, increasing the length of the rods without increasing the diameter of the float is complicated by the fact that the center of gravity of the float is shifted up and the float begins to roll. The roll of the density float prevents the level float from moving freely between the rods of the density float. The roll of the float can be removed by introducing ballast at the bottom of the density float, but with significant lengths of rods and small diameters of the density float this is not effective.
Введение в известную конструкцию крышки 13 с направляющими, исключающими крен поплавка, дает при прочих равных условиях меньший диаметр поплавка плотности, что существенно при эксплуатации, а при равных диаметрах меньшую погрешность за счет увеличения рабочего хода поплавка (длины стержней). Условие, что стержни должны располагаться на торце цилиндра с одинаковым шагом по длине окружности цилиндра, становится не существенным, т.к. оно необходимо для исключения вышеуказанного крена. Кроме того, наличие крышки 13 позволяет установить на ней магнит 7. При этом магнит находится над уровнем жидкости и не притягивает металлические частицы, которые могут находиться в жидкости и будут затруднять ход поплавка, а также изменят его вес.Introduction to the known design of the cover 13 with guides that exclude the roll of the float, ceteris paribus gives a smaller diameter of the float density, which is essential during operation, and with equal diameters, a smaller error due to the increase in the stroke of the float (length of the rods). The condition that the rods should be located at the end of the cylinder with the same pitch along the circumference of the cylinder becomes insignificant, because it is necessary to exclude the above roll. In addition, the presence of the cover 13 allows you to install a
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007146952/28A RU2351903C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Level indicator |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2007146952/28A RU2351903C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Level indicator |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2351903C1 true RU2351903C1 (en) | 2009-04-10 |
Family
ID=41015036
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2007146952/28A RU2351903C1 (en) | 2007-12-17 | 2007-12-17 | Level indicator |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2351903C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517919C2 (en) * | 2012-08-16 | 2014-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" | Magnetostriction level gauge |
RU2710008C1 (en) * | 2019-05-17 | 2019-12-23 | Закрытое акционерное общество "НТФ НОВИНТЕХ" | Liquid level and density measuring device |
CN112304395A (en) * | 2020-10-23 | 2021-02-02 | 杨宏 | Intelligent water level wireless monitoring liquid level meter |
-
2007
- 2007-12-17 RU RU2007146952/28A patent/RU2351903C1/en active
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2517919C2 (en) * | 2012-08-16 | 2014-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью Производственное предприятие "Парус" | Magnetostriction level gauge |
RU2710008C1 (en) * | 2019-05-17 | 2019-12-23 | Закрытое акционерное общество "НТФ НОВИНТЕХ" | Liquid level and density measuring device |
CN112304395A (en) * | 2020-10-23 | 2021-02-02 | 杨宏 | Intelligent water level wireless monitoring liquid level meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8919193B2 (en) | Ultrasonic liquid level detector | |
EP2153182B1 (en) | Distance measurement apparatus and related methods | |
RU2351903C1 (en) | Level indicator | |
RU2273838C1 (en) | Density meter | |
RU2285908C1 (en) | Device for measuring level and density of liquid (variants) | |
US9260963B2 (en) | Acoustic determination of the position of a piston within a sample bottle | |
KR100673604B1 (en) | High precision sound wave water level measuring apparatus and method therefor | |
RU2310174C1 (en) | Ultrasonic level meter | |
RU2222786C1 (en) | Procedure measuring level of liquid with use of magnetostrictive level gauge and magnetostrictive level gauge | |
RU2319935C1 (en) | Magnetostrictional level gauge | |
RU2298156C1 (en) | Level meter-indicator | |
RU2138028C1 (en) | Device measuring level and density | |
RU2316738C1 (en) | Device for measuring level and density of low-density fluid | |
RU2478917C2 (en) | Fluid medium flow metre in free-flow pipelines | |
RU2710008C1 (en) | Liquid level and density measuring device | |
RU155410U1 (en) | ADAPTIVE MAGNETOSTRICTION CONVERTER OF VEHICLE LEVEL AND DENSITY OF FUEL FUEL (ITS OPTIONS) | |
RU2308019C1 (en) | Device for measuring density of low-density liquids | |
RU2256158C1 (en) | Level gage | |
CN113670415B (en) | Multi-sensor magnetostrictive liquid level meter and liquid level detection method | |
RU147592U1 (en) | MAGNETOSTRICTIONAL LEVEL METER | |
RU193826U1 (en) | Low Power Magneto-Strictive Noise Interference | |
RU2299407C2 (en) | Ultrasound gage-indicator | |
RU150031U1 (en) | MAGNETOSTRICTIONAL LEVEL METER WITH TEMPERATURE CIRCUIT | |
CN215865413U (en) | Multi-sensor magnetostrictive liquid level meter | |
RU142932U1 (en) | MAGNETOSTRICTIONAL LEVEL METER |