RU7497U1 - Ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре - Google Patents

Abstract

Ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре, содержащее первый обратимый акустический преобразователь, расположенный в нижней точке резервуара, подключенный к первому входу электронного прибора приема, передачи и обработки сигнала, отличающийся тем, что в устройство введен второй обратимый акустический преобразователь, закрепленный на боковой стенке резервуара на уровне заведомо ниже минимального уровня жидкости в резервуаре и подключенный ко второму входу электронного прибора, при этом оба преобразователя закреплены непосредственно на внешней поверхности резервуара, длина волны излучаемого преобразователями сигнала λ связана с толщиной стенки h соотношением λ = 2h/n, (где n = 1,2 ...), и уровень жидкости H в резервуаре связан с известным расстоянием L от второго преобразователя до противоположной стенки резервуара соотношениемгде T- время прохождения сигнала первого преобразователя до поверхности жидкости;T- время прохождения сигнала второго преобразователя до противоположной стенки.

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике применительно к измерению уровня жидкости ъ резервуарах.

Известии различные конструкции ультразвуковых уровнемеров, предназначенных для измерения жидких и сыпучих материалов в резервуарах.

Известно устройство, представляющее собой многоуровневый зонд, предназначенный для измерения физических условий внутри заполненного жидкостью резервуара 13, которое содержит вертикальную опору и акустический преобразователь, посылающий вверх вдоль опоры пучок акустической энергии и приникающий отраженную акустическую энергию. Вдоль оси опоры расположены разнесенные друг от друга отражатели. Каждый мз них имеет отверстие, через которое проходит значительная часть пучка акустической энергии. При этом внешние участки направленного вверх пучка отражаются вниз. Предложенная конструкция, при известном расстоянии от каждого отражателя до акустического преобразователя, позволяет учитывать реальную структуру стратифицированной жидкости и вносить поправки при измерении уровня жидкости в резервуаре. Недостатком конструкции является необходимость введения опоры с отражателями внутрь резервуара.

верхности жидкости обратимый акустический преобразователь, излучающии и принимающий отраженные от дна водоема импульсные сигналы на двух частотах, и подключенный к нему электронный прибор приема, передачи и обработки. Предлагаемое устройство, позволяя определять толщину слоя ила бесконтактным методом ( через слои ъодн ), не обладает высокой точностью, поскольку значение скорости звуке в материале (ил) и в жидкости (вода) не измеряется непосредственно, а задается перед измерением.

Устройство 3 , предназначенное для измерения уровня жидкости в резервуарах, построено на принципе возбуждения продольно-поверхностных волн на внутренней стенке резервуара. При этом вибраторы размещаются в специальным образом выполненных выемках в стенках резервуараИзвестно ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре 4 3 , устанавливаемое чибо на поверхности жидкости и измеряющее расстояние до дна резервуара, либо на дне резервуара и измеряющее расстояние от дна до границы раздела жидкость-воздух. По технической сущности и наибольшему числу общих признаков наиболее близкий к предлагаемому устройству является вариант измерителя, который устанавливается на внутренней поверхности дна резервуара и состоит из обратимого акустического преобразователя и электронного прибора приема, передачи и обработки. Недостатком устройства является тот факт, что измерения возможны только в среде, параметры которой априори известны, и точность измерения существенно зависит от их постоянства в процессе измерения. Последнее особенно существенно при измерении уровня жидкости с меняющимися во времени параметрами (например, при заполнении резервуара ежиженннм газом под давлением).

Общим недостатком всех приведенных устройств является невозможность измерения уровня жидкости с неизвестными параметрами в резервуаре, доступ в который затруднен.

Задачей изобретения является обеспечение измерения уровня жидкости с неизвестными параметрами в резервуаре при отсутствии доступа внутрь объема.

Для решения поставленной задачи в ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре, содержащее первый обратимый акустический преобразователь, расположенный в нижней точке резервуара, подключенный к первому входу электронного прибора приема, передачи и обработки сигнала введены новые признаки, а именно: введен второй обратимый акустический преобразователь, закрепленный на боковой стенке резервуара на уровне заведомо ниже минимального уровня жидкости в резервуаре, и подключенный ко второму входу электронного блока, при этом оба преобразователя закреплены непосредственно на внешней поверхности резервуара, длина волны излучаемого преобразователями сигнала Л связана с толщиной стенки /2- соотношением

- ( 1 )

/2.

(где /2,- jL/5... ), и уровень жидкости « ь резервуаре связан с известным расстоянием /- от второго преобразователя до противоположной стенки резервуара соотношением

Z / где 7-f /i. время прохождения сигнале первого преобразователя до поверхности жидкости; время прохождения сигнала второго преобразователя до противоположной стенки.

Предложенное устройство позволяет обеспечить измерение уровня жидкости с неизвестннми параметрами в резервуаре при отсутствии доступа внутрь объема, поскольку введение второго преобразователя, излучающего и принимающего отраженный сигнал от расположенной на известном расстоянии стенки позволяет учитывать свойства среды, а при закреплении преобразователей на внешних поверхностях обеспечивается измерение без внедрения внутрь объемаСущность изобретения поясняется фиг. 1, на которой приведена блок-схема заявленного устройства.

Предлагаемое устройство состоит из двух обратимых акустических преобразователей 1 и 2, закрепленных непосредственно на внешних поверхностях резервуара 3, и прибора приема, передачи и обработки сигнала 4, включающего в себя коммутатор режимов работы 5, первый и второй выходы которого соединены с преобразователями , а третий и четвертый с выходом генератора сигнала 6, и входом приемного усилителя 7 соответственно, вычислительный блок 8, соединенный с выходом приемного усилителя, и блок управления и синхронизации 9, выход которого с оединен с управляющими входами всех перечисленных блоков.

Первый импульс ультразвукового сигнала, формируемого генератором 6, входящим в состав прибора 4, через коммутатор 5 поступает на вход преобразователя 1, размещенного в нижней точке внешней поверхности резервуара 3, содержащего жидкость, уровень которой необходимо измерить, проходит через стенку замкнутого объема, поскольку звукопрозрачность стенки обеспечивается подбором частота заполнения импульса в соответствии с (1), и отражается от поверхности жидкости- Отраженный импульс принимается обратимым преобразователем 1, усиливается предварительным усилителем 7 и поступает в вычислительный блок 8. Второй импульс излучается преобразователем 2, расположенным на наружной поверхности боковой стенки резервуара 3, отражается от противоположной стенки, удаленной от него на г 1звестное расстояние h (отражение происходит от границы раздела металлвоздух, толщиной стенки резервуара можно пренебречь по сравнению с размером резервуара ). принимается преобразователем 2, усиливается и поступает в вычислительный блок 8, где определяются интервалы / и /2. между моментами запуска и моментами прихода соответствующих отраженных импульсов, и по формуле { 2 ) определяется уровень жидкости Н . Синхронизация работы, включение режимов приема и передачи осуществляется блоком управления и синхронизации 9.

Стандартные блоки и узлы, аналогичные приведенным на Фиг. 1 (преобразователи, генератор, усилители, вычислительный блок, блок синхронизации, коммутатор), описаны в 5 (устройство преобразователя - см. стр. 234), 6 3 (генераторы - см. стр. 82, усилители - стр. 107, блок синхронизации - стр. 123, вычислительный блок - стр. 138, коммутатор - стр. 56).

Таким образом, предложенное устройство позволяет обеспечить измерение уровня жидкости с неизвестными параметрами в резервуаре при отсутствии доступа внутрь объема, поскольку введение второго преобразователя, излучающего и принимающего отраженный сигнал от расположенной на известном расстоянии стенки позволяет учитывать свойства среды, выбор частоты излучения в соответствии с { 1 ) позволяет обеспечить звукопрозрачность стенок резервуара, а при закреплении преобразователя на внешних поверхностях обеспечивается измерение без внедрения внутрь объема.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1- N 4-49668, Japan

Устройство для измерения толщины слоя или на дне водоема.

2- N 5121340, USA

Многоуровневый зонд и система измерения физических условии внутри заполненного жидкостью резервуара

3- N 143534, SU (Россия)

Ультразвуковой измеритель уровня жидкости в резервуарах.

4- N 4-49075, Japan когава дзнки К.К.

Ультразвуковой измеритель уровня - прототип.

5- Свердлин Г.М. Прикладная гидроакустика. Л., Судостроение, 1980 г., стр. 234.

6- Колчеданцев А.С. Гидроакустические станции.

Л., Судостроение, 1982 г., стр. 56, 82, 107, 123, 138.

Claims (1)

1. Ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре, содержащее первый обратимый акустический преобразователь, расположенный в нижней точке резервуара, подключенный к первому входу электронного прибора приема, передачи и обработки сигнала, отличающийся тем, что в устройство введен второй обратимый акустический преобразователь, закрепленный на боковой стенке резервуара на уровне заведомо ниже минимального уровня жидкости в резервуаре и подключенный ко второму входу электронного прибора, при этом оба преобразователя закреплены непосредственно на внешней поверхности резервуара, длина волны излучаемого преобразователями сигнала λ связана с толщиной стенки h соотношением λ = 2h/n, (где n = 1,2 ...), и уровень жидкости H в резервуаре связан с известным расстоянием L от второго преобразователя до противоположной стенки резервуара соотношением
   

   

   
   где T₁ - время прохождения сигнала первого преобразователя до поверхности жидкости;
   T₂ - время прохождения сигнала второго преобразователя до противоположной стенки.