RU28242U1 - Ультразвуковой уровнемер - Google Patents

Abstract

Ультразвуковой уровнемер для измерения уровней жидкостей, содержащий ультразвуковой датчик, отличающийся тем, что на пути распространения акустического луча на заданном от датчика расстоянии устанавливают диафрагму, обеспечивающую прием датчиком отраженных сигналов от поверхности жидкости и от диафрагмы.

Description

2ОО2121361

Г Лей иШ-ЙШНЛ) I

Ультразвуковой уровнемер.

Полезная модель относится к области измерительной техники, акустоэлектроники, конструирования и технологии электронных компонентов.

Известны ультразвуковые уровнемеры, предназначенные для измерения уровня жидкости, основанные на принципе ультразвуковой эхолокации с цифровой обработкой информации, например, модели УЗУ-2 и УЗУ-2Т (см. рекламные листы ГУП ЦНИИ «Морфизприбор г. Санкт-Петербург). Такие приборы необходимы для измерения уровня с высокой точностью до 0,02% с целью оптимального регулирования расхода жидкого топлива, жидких реагентов в химических технологических процессах и др.

Одной из проблем при конструировании уровнемеров является влияние на результаты измерения зависимости скорости ультразвука от давления и особенно от температуры среды, уровень которой измеряется. Одним из путей решения этой проблемы является использование датчиков температуры и давления для компенсации этой зависимости (см. модель УЗУ-2Т). Однако, измерение этих параметров с точностью до сотых долей процента в свою очередь представляет серьезную проблему, что является существенным недостатком этого решения.

Другим путем решения проблемы является использование реперного ультразвукового датчика (см. модель УЗУ-2), как показано на фиг. 1. Данное решение является эффективным, т.к. не требует знания скорости ультразвука, давления и температуры жидкости. Измерение основано на использовании отношения:

Низм изм

где Пизм - измеряемая высота столба жидкости, Ьэт - эталонный размер (например, внутренний диаметр резервуара), т„зм - измеряемая длительность задержки эхо-сигнала, Треп - длительность задержки реперного сигнала. Определив с помошью эхо-сигналов т„зм и Треп и зная эталонный размер Lgt , находят искомую высоту столба жидкости Н„змТочность измерения Пизм определяется точностью определения т„зм , Среп 5 Ьэт и может достигать 1 - 2 мм. Недостатком данного решения является необходимость применения второго, реперного датчика, для которого зачастую трудно найти требуемое место для установки. Кроме

того, при использовании резервуара, подобного изображенному на фиг. 1, невозможно осуществить измерение уровня жидкости ниже горизонтального акустического эхо-луча 4 реперного датчика (фиг. 1).

Задачей предлагаемого технического решения является:

- создание такой конструкции ультразвукового уровнемера, в которой, как и в прототипе, была бы исключена необходимость знания скорости ультразвука, давления и температуры среды и в то же время была бы исключена необходимость применения второго, реперного датчика.

Для решения поставленной задачи используют один измерительный датчик, устанавливаемый, например, со стороны дна резервуара, а на пути акустического луча в нижней части резервуара устанавливают диафрагму, как показано на фиг. 2.

Эта диафрагма должна обеспечить прием датчиком отраженных сигналов от поверхности жидкости и от диафрагмы.

Таким образом, сущность полезной модели заключается во введении в конструкцию ультразвукового уровнемера вместо реперного датчика диафрагмы, представляющей собой пластину с отверстием, обеспечивающую эффективное отражение ультразвуковых колебаний. Размер отверстия должен быть достаточным для прохождения ультразвуковых колебаний от датчика к поверхности жидкости.

На фиг. 3 показаны диаграммы направленности ультразвукового излучения, а на фиг. 4 представлена временная эпюра сигналов предлагаемого уровнемера. Видно, что боковые лепестки 4 диаграммы позволяют получить эхо-сигнал от диафрагмы, а основной лепесток 5 - от поверхности жидкости.

Определив длительности задержки сигнала от диафрагмы Тдиафр- и от поверхности жидкости Тизм и зная расстояние от датчика до диафрагмы Нэт , по соотношению:

П-ичмТ-и

эт диафр.

находим искомую величину НизмВозможность осуществления предлагаемой полезной модели не вызывает сомнений. На фиг. 5 представлен чертеж фрагмента бака ракеты-носителя с жидким топливом. Здесь 1 - стенка бака, 2 - ультразвуковой датчик, 3 - диафрагма, 4 уровень жидкости, 5 - места приварки диафрагмы к баку. Диафрагма выполнена в виде изогнутого металлического листа, приваренного к стенке и ко дну бака. Диаметр отверстия выбирается на % меньще апертуры датчика, а высота Нэт составляет 200-400 мм.

Таким образом, путем применения диафрагмы, установленной на пути распространения акустического луча на заданном от датчика расстоянии, обеспечивающей прием датчиком отраженных сигналов от поверхности жидкости и от диафрагмы, решена задача создания уровнемера с одним ультразвуковым датчиком, не требующего знания скорости ультразвука, температуры и давления среды.

,

Claims (1)

1. Ультразвуковой уровнемер для измерения уровней жидкостей, содержащий ультразвуковой датчик, отличающийся тем, что на пути распространения акустического луча на заданном от датчика расстоянии устанавливают диафрагму, обеспечивающую прием датчиком отраженных сигналов от поверхности жидкости и от диафрагмы.