RU26124U1

RU26124U1 - ULTRASONIC MEASURING DEVICE

Info

Publication number: RU26124U1
Application number: RU2002119504/20U
Authority: RU
Inventors: А.Б. Жмылев; А.В. Топунов
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Взлет"
Priority date: 2002-07-15
Filing date: 2002-07-15
Publication date: 2002-11-10

Description

Ультразвуковое измерительное устройствоUltrasonic measuring device

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к технике измерения уровня жидких, сыпучих веществ или измерения расхода вещества, его скорости и других параметров, если в основе этих измерений лежит принцип измерения уровня.A utility model relates to a measuring technique, namely to a technique for measuring the level of liquid, bulk solids or measuring the flow rate of a substance, its speed and other parameters, if the principle of level measurement is the basis of these measurements.

Известно ультразвуковое измерительное устройство для определения границы раздела двух сред в резервуарах (Патент Австрии № 379020, кл. GOIF23/28), которое состоит из электроакустического блока, соединенного с блоком обработки и отображения информации. Электроакустический блок выполнен в виде двух преобразователей, которые при проведении измерений устанавливаются на наружной стороне резервуара. Недостатком этого измерительного устройства является большие ошибки измерения, которые определяют область возможного применения устройства. Ошибки измерения связаны с тем, что при изменении акустического контакта излучающего и приемного преобразователей со стенкой резервуара амплитуда принимаемых колебаний может изменяться больше, чем от влияния границы двух сред. Это может привести к ошибкам в определении границы двух сред или к снижению точности измерения. Долговременные изменения акустического контакта в стационарных установках могут быть скомпенсированы периодической подстройкой амплитуды излучаемых колебаний или коэффициента усиления блока обработки и отображения информации. Однако в нестационарных условиях, когда изменение контакта может происходить практически мгновенно, ошибка измерений может быть большой.An ultrasonic measuring device is known for determining the interface between two media in tanks (Austrian Patent No. 379020, class GOIF23 / 28), which consists of an electro-acoustic unit connected to an information processing and display unit. The electro-acoustic unit is made in the form of two transducers, which, when taking measurements, are installed on the outside of the tank. The disadvantage of this measuring device is the large measurement errors, which determine the scope of the possible application of the device. The measurement errors are due to the fact that when the acoustic contact of the emitting and receiving transducers with the tank wall changes, the amplitude of the received vibrations can change more than from the influence of the boundary of two media. This can lead to errors in determining the boundary of two media or to a decrease in measurement accuracy. Long-term changes in acoustic contact in stationary installations can be compensated by periodically adjusting the amplitude of the emitted oscillations or the gain of the information processing and display unit. However, under non-stationary conditions, when the contact change can occur almost instantly, the measurement error can be large.

о ii « i о 4o ii "i o 4

GO IF 23/28 GO IF 23/28

Известно ультразвуковое измерительное устройство (Авторское свидетельство СССР № 16233X6, кл. GO IF 23/28). предназначенное для измерения уровня жидких сред, в котором электроакустические преобразователи не контактируют со стенками резервуара. Это устройство наиболее близко к предлагаемому по решаемой задаче. Известное устройство состоит из электроакустического блока, соединенного с блоком обработки и вывода информации. Электроакустический блок выполнен в виде приемоизлучающего преобразователя. При проведении измерений зондирующие ультразвуковые импульсы имеют направление перпендикулярное направлению границы раздела двух сред. После отражения от нее ультразвуковой импульс возвращается на преобразователь, преобразуется в электрический приемный импульс и обрабатывается в блоке обработки и отображения информации. Недостатком известного устройства является значительная погрешность измерения, вызванная влиянием локальных воздушных потоков.An ultrasonic measuring device is known (USSR Author's Certificate No. 16233X6, class GO IF 23/28). designed to measure the level of liquid media in which electro-acoustic transducers do not come into contact with the walls of the tank. This device is the closest to the proposed task. The known device consists of an electro-acoustic unit connected to an information processing and output unit. The electro-acoustic unit is made in the form of a transceiving transducer. During measurements, probing ultrasonic pulses have a direction perpendicular to the direction of the interface between two media. After reflection from it, the ultrasonic pulse is returned to the transducer, converted into an electrical receiving pulse and processed in the information processing and display unit. A disadvantage of the known device is a significant measurement error caused by the influence of local air flows.

Задачей, решаемой полезной моделью, является создание ультразвукового измерительного устройства с высокой точностью измерения за счет уменьшения влияния локальных воздушных потоков, а также за счет создания требуемой характеристики направленности излучения.The problem solved by the utility model is the creation of an ultrasonic measuring device with high measurement accuracy by reducing the influence of local air flows, as well as by creating the required radiation directivity characteristics.

Поставленная задача решается за счет того, что предлагаемое ультразвуковое измерительное устройство, также, как и известное, содержит электроакустический блок, соединенный с блоком обработки и вывода информации. Но, в отличии от известного, предлагаемое устройство содержит звуковод, выполненный в виде трубы, а электроакустический блок установлен внутри трубы на ее конце.The problem is solved due to the fact that the proposed ultrasonic measuring device, as well as the known one, contains an electro-acoustic unit connected to an information processing and output unit. But, unlike the known one, the proposed device contains a sound guide made in the form of a pipe, and an electro-acoustic unit is installed inside the pipe at its end.

Признаки, изложенные в пункте 2 формулы полезной модели, характеризуют ультразвуковое измерительное устройство, в котором свободный конец звуковода выполнен скошенным.The features set forth in paragraph 2 of the utility model formula characterize an ultrasonic measuring device in which the free end of the sound guide is tapered.

Признаки, изложенные в пункте 3 формулы полезной модели, характеризуют ультразвуковое измерительное устройство, в котором линия, образующая свободный конец звуковода, в том числе и скошенный, имеет форму кривой с чередующимися выступами и впадинами.The signs set forth in paragraph 3 of the utility model formula characterize an ultrasonic measuring device in which the line forming the free end of the sound guide, including the beveled one, has the shape of a curve with alternating protrusions and depressions.

Выполнение свободного конца звуковода скошенным или с чередующимися выступами и впадинами уменьшает переотражение ультразвуковых волн от свободного конца звуковода.Performing the free end of the sound guide with beveled or with alternating protrusions and depressions reduces the re-reflection of ultrasonic waves from the free end of the sound guide.

Признаки, изложенные в пункте 4 формулы полезной модели, характеризуют ультразвуковое измерительное устройство, в котором внутри звуковода на его свободном конце установлено реперное кольцо, выполненное из звукоотражающего материала. Реперное кольцо обеспечивает частичное отражение ультразвуковых импульсов и дает возможность определять скорость ультразвука в окружающей среде.The signs set forth in paragraph 4 of the utility model formula characterize an ultrasonic measuring device in which a reference ring made of sound-reflecting material is installed inside the sound guide at its free end. The reference ring provides a partial reflection of ultrasonic pulses and makes it possible to determine the speed of ultrasound in the environment.

Признаки, изложенные в пункте 5 формулы полезной модели, характеризуют ультразвуковое измерительное устройство, в котором внутренняя поверхность звуковода покрыта звукопоглощающим покрытием. Звукопоглощающее покрытие обеспечивает отсутствие переотражение ультразвуковых волн от боковых стенок звуковода.The features set forth in paragraph 5 of the utility model formula characterize an ultrasonic measuring device in which the inner surface of the sound guide is coated with a sound-absorbing coating. Sound-absorbing coating ensures the absence of re-reflection of ultrasonic waves from the side walls of the sound guide.

Признаки, изложенные в пункте 6 формулы полезной модели, характеризуют ультразвуковое измерительное устройство, в котором в качестве звукопоглощающего покрытия использован синтепон. Синтепон за счет своей рыхлости обеспечивает хорошее звукопоглощение.The features set forth in paragraph 6 of the utility model formula characterize an ultrasonic measuring device in which a synthetic winterizer is used as a sound-absorbing coating. The synthetic winterizer due to its friability provides good sound absorption.

Признаки, изложенные в пункте 7 формулы полезной модели, характеризуют ультразвуковое измерительное устройство, в котором электроакустический блок выполнен в виде совмещенного преобразователя.The signs set forth in paragraph 7 of the utility model formula characterize an ultrasonic measuring device in which the electro-acoustic unit is made in the form of a combined transducer.

Признаки, изложенные в пункте 8 формулы полезной модели, характеризуют ультразвуковое измерительное устройство, и котором электроакустический блок выполнен в виде раздельно-совмещенного преобразователя.The signs set forth in paragraph 8 of the utility model formula characterize an ultrasonic measuring device, and which electro-acoustic unit is made in the form of a separately combined transducer.

Полезная модель поясняется чертежами, где на:The utility model is illustrated by drawings, where:

фиг. 1 приведена схема ультразвукового измерительного устройства, в которой свободный конец звуковода снабжен реперной поверхностью;FIG. 1 is a diagram of an ultrasonic measuring device in which the free end of a sound guide is provided with a reference surface;

на фиг. 2 и 3 приведены варианты выполнения свободного конца звуковода.in FIG. 2 and 3 show embodiments of the free end of the sound guide.

Полезная модель состоит из электроакустического блока I (фиг. 1), который может быть выполнен в виде совмещенного, либо в виде раздельно-совмещенного преобразователя. Электроакустический блок электрически соединен с блоком 2 обработки и вывода информации и установлен внутри звуковода 3, на его конце. Звуковод выполнен в виде трубы. Диаметр трубы определяет требуемую диаграмму направленности. Для увеличения точности измерения на свободном конце звуковода установлено реперное кольцо 4, выполненное из звукоотражающего материала. Для устранения явления переотражения ультразвуковых колебаний от внутренних боковых стенок звуковода они покрыты звукопоглощающим покрытием 5. Для устранения явления переотражения ультразвуковых колебаний от свободного конца он выполняется либоThe utility model consists of an electro-acoustic unit I (Fig. 1), which can be made in the form of a combined, or in the form of a separately-combined transducer. The electro-acoustic unit is electrically connected to the information processing and output unit 2 and installed inside the sound guide 3, at its end. The sound guide is made in the form of a pipe. The diameter of the pipe determines the desired radiation pattern. To increase the measurement accuracy, a reference ring 4 made of sound-reflecting material is installed at the free end of the sound guide. To eliminate the phenomenon of re-reflection of ultrasonic vibrations from the inner side walls of the sound guide, they are covered with a sound-absorbing coating 5. To eliminate the phenomenon of re-reflection of ultrasonic vibrations from the free end, it is performed either

скошенным (фиг. 2), либо в виде чередующихся выступов и впадин, например зубчатым (фиг.З).beveled (Fig. 2), or in the form of alternating protrusions and depressions, for example, serrated (Fig.Z).

Рассмотрим работу устройства, на примере его выполнения с реперным кольцом.Consider the operation of the device, as an example of its implementation with a reference ring.

Ультразвуковые колебания от преобразователя I по звуководу 3 попадают на поверхность, уровень которой нужно измерить. Расстояние до измеряемой поверхности определяется по формуле: D ТС/2, где Т время между излученным и принятым, отраженным от границы раздела, импульсами, С - скорость ультразвука в воздухе. Можно использовать ее табличное значение, но в нем учитываются не все параметры. Поэтому дополнительно, в процессе проведения измерений, измеряют скорость ультразвука. Ультразвуковой импульс, частично отразившись от звукоотражаущего реперного кольца 4, поступает на преобразователь. По известному расстоянию между реперным кольцом и преобразователем, измеренным временем между зондирующим и принятым импульсами определяют скорость ультразвука.Ultrasonic vibrations from the transducer I through the sound guide 3 fall on the surface, the level of which must be measured. The distance to the measured surface is determined by the formula: D TC / 2, where T is the time between the pulses emitted and received, reflected from the interface, and C is the speed of ultrasound in air. You can use its table value, but not all parameters are taken into account. Therefore, in addition, during the measurement process, the ultrasound speed is measured. An ultrasonic pulse, partially reflected from the sound-reflecting reference ring 4, is supplied to the transducer. The known distance between the reference ring and the transducer, measured by the time between the probing and received pulses, determine the speed of ultrasound.

Описание конструкции и работы устройства показывают, что ультразвуковое измерительное устройство обеспечивает измерение с высокой степенью точности, поскольку устранены причины, которые приводят к ее уменьшению.The description of the design and operation of the device shows that the ultrasonic measuring device provides measurement with a high degree of accuracy, since the causes that lead to its reduction have been eliminated.

ФОРМУЛА ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИUSEFUL MODEL FORMULA

1.Ультразвуковоеизмерительноеустройство,содержащее1.Ultrasonic measuring device containing

электроакустический блок, соединенный с блоком обработки и вывода информации, отличающееся тем, что содержит звуковод, выполненный в виде трубы, а электроакустический блок установлен внутри трубы на ее конце.an electro-acoustic unit connected to an information processing and output unit, characterized in that it contains a sound guide made in the form of a pipe, and an electro-acoustic unit is installed inside the pipe at its end.

2.Ультразвуковое измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что свободный конец звуковода выполнен скошенным.2. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the free end of the sound guide is beveled.

3.Ультразвуковое измерительное устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем, что линия, образующая свободный конец звуковода имеет форму кривой с чередующимися выступами и впадинами.3. The ultrasonic measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the line forming the free end of the sound guide has the shape of a curve with alternating protrusions and depressions.

4.Ультразвуковое измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутри звуковода на его свободном конце установлено реперное кольцо, выполненное из звукоотражающего материала.4. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that a reference ring made of sound-reflecting material is installed inside the sound guide at its free end.

5.Ультразвуковое измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутренняя поверхность звуковода покрыта звукопоглощающим покрытием.5. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the inner surface of the sound guide is coated with a sound-absorbing coating.

6.Ультразвуковое измерительное устройство по п. 5, отличающееся тем, что в качестве звукопоглощающего покрытия использован синтепон.6. The ultrasonic measuring device according to claim 5, characterized in that the synthetic winterizer is used as a sound-absorbing coating.

7.Ультразвуковое измерительное устройство по п. 1, отличающееся тем, что электроакустический блок выполнен в виде совмещенного преобразователя.7. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic unit is made in the form of a combined transducer.

8.Ультразвуковое измерительное устройство по п. I, отличающееся тем, что электроакустический блок выполнен в виде раздельно-совмещенного преобразователя.8. The ultrasonic measuring device according to claim I, characterized in that the electro-acoustic unit is made in the form of a separately combined transducer.

Claims

1. An ultrasonic measuring device comprising an electro-acoustic unit connected to an information processing and output unit, characterized in that it comprises a sound guide made in the form of a pipe, and an electro-acoustic unit is installed inside the pipe at its end.

2. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the free end of the sound guide is made beveled.

3. The ultrasonic measuring device according to claim 1 or 2, characterized in that the line forming the free end of the sound guide has the shape of a curve with alternating protrusions and depressions.

4. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that a reference ring made of sound-reflecting material is installed inside the sound guide at its free end.

5. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the inner surface of the sound guide is coated with a sound-absorbing coating.

6. The ultrasonic measuring device according to claim 5, characterized in that the synthetic winterizer is used as a sound-absorbing coating.

7. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic unit is made in the form of a combined transducer.

8. The ultrasonic measuring device according to claim 1, characterized in that the electro-acoustic unit is made in the form of a separately combined transducer.