SU1698648A1

SU1698648A1 - Ультразвуковой уровнемер

Info

Publication number: SU1698648A1
Application number: SU894748879A
Authority: SU
Inventors: Виктор Васильевич Внуковский; Борис Аванесович Атаянц; Александр Иванович Кияшев; Феликс Зельманович Розенфельд
Original assignee: Предприятие П/Я А-1392
Priority date: 1989-10-16
Filing date: 1989-10-16
Publication date: 1991-12-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к уровнемерам. Уровнемер по сравнению с известными устройствами имеет более высокую точность измерени и информационную надежность за счет применени непрерывного частотно-модулированного зондирующего сигнала , введени корректирующего канала и технической реализации устройства обработки информации, поступающей с датчика типа магнитострикционной линии задержки . При работе устройства датчик возбуждаетс частотно-модулированным сигналом. При совпадении уровн с п фиксированными уровн ми производитс автоматический съем сигнала с корректирующего канала и подстройка системы. 2 ил.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к уровнемерам, и может быть использовано дл измерени уровн жидких сред в различных автоматизированных технологических системах промышленного производства.

Цель изобретени - повышение точности измерени уровн контролируемой среды и увеличение информационной надежности.

На фиг.1 представлена структурна схема устройства; на фиг. 2 - эпюры сигналов, по сн ющие принцип действи устройства.

Уровнемер содержит триггер 1, генератор пилообразного напр жени 2, генератор качающей частоты 3. датчик типа магнитострикционной линии задержки 4, в состав которого вход т звуковод 5, катушка св зи 6 и посто нный магнит 7 передающего преобразовател , катушка св зи 8 и посто нный магнит 9, расположенный в поплавке приемного преобразовател измерительного канала, катушка св зи О и посто нный магнит 11 приемного преобразовател опорного канала, и катушек св зи приемного преобразовател корректирующего канала , смеситель измерительного канала 12. триггер временных ворот 13, счетчик им- пулъсов биений 14, опорный генератор 15, логическую схему 16, счетчик импульсов 17, смеситель корректирующего канала 18, логическую схему И 19, регистр 20, процессор

21,посто нное запоминающее устройство

22,энергонезависимое оперативное запоминающее устройство 23. устройство инди- ка.ции 24.

Уровнемер работает следующим образом .

При включении уровнемера триггер 1 устанавливаетс в единичное состо ние (эпюра 1), этот сигнал поступает на управл ющий вход генератора пилообразного напр жени 2. При подаче на вход генератора 3 положительного напр жени на его выхоС

о

Ьь 00

де начинает формироватьс линейно нарастающее напр жение со скоростью изменени a- U(t) В/с (эпюра 2). Напр жение с выхода генератора пилообразного напр жени поступает на управл ющий вход генератора качающей частоты 4, на выходе которого формируетс частотно-модулированный сигнал (эпюра 3). При нарастании сигнала на управл ющем входе генератора 4 на его выходе происходит линейное уменьшение частоты сигнала со скоростью у to o(t). С аыходз генератора 3 сигнал поступает на передающий преобразователь (6, 7) магнитострикционной линии задержки .

При поступлении частотно-модулированного сигнала на катушку св зи 6 за счет пр мого магнитострикционного эффекта в звуководе 5 возникает ультразвукова волна механической продольной деформации, котора распростран етс по звуководу 5. При прохождении акустической волны в зоне нахождени магнита 9 приемного преобразовател измерительного канала в катушке св зи 8 в результате обратного магнитострикционного эффекта возникает ЭДС, пропорциональна величине механической деформации. При прохождении ультразвуковой волны под катушкой 10 приемного преобразовател опорного канала (10, 11) в ней также возникает ЭДС. Сигналы, возникающие в катушках 8 и 10 будут задержаны относительно друг друга на величину гэ Н/С3в. где Н - рассто ние между магнитами 11 и 9. Поскольку магнит 9 расположен в поплавке, то рассто ние между магнитами 11 и 9 будет равно уровню контролируемой среды. При подаче на вход смесител 12 задержанных относительно друг друга сигналов измерительного и опорного каналов,

UH(t) - Vi sin )

Uon(t)V2 (t)

На выходе смесител 12 возникают биени с частотой, завис щей от уровн контролируемой среды.

Мгновенна частота огибающей биений равна абсолютному значению разности мгновенных частот сигналов измерительного и опорного каналов (эпюра 4)

FcOH l - ll-lfl ()1

После детектировани , на выходе смесител получаем сигнал с частотой (эпюра 4)

Сигнал биений с выхода смесител 12 поступает на счетчик 14, с выхода которого сигналы Fc /т (эпюра 5) и Fc/e (эпюра 6)

поступают на установочные входы триггера 13, формирующего временные ворота (эпюра 7) длительностью пропорциональной пе риоду повторени импульсу биений,

а следовательно, и измер емому уровню. Сигнал Fc/m поступает на вход установки в единицу триггера 13, а сигнал Fc/l на вход установки в 0. Дополнительный сигнал Fc/l поступает на счетный вход триггера 1, пере0 вод его в другое устойчивое состо ние, при этом, выходное напр жение генератора 2 начинает линейно уменьшатьс , вызыва увеличение частоты выходного сигнала генератора 3, и на установочный вход R счет5 чика 14, устанавлива его в исходное состо ние.

При приходе гп-го импульса на выходе триггера 13 устанавливаетс единичный логический сигнал, при котором логический

0 элемент И 16 разрешает поступление счетных импульсов с опорного генератора 15 на вход счетчика импульсов 17, При приходе 1-го импульса биений на выходе триггера 13 устанавливаетс логический ноль, запреща5 ющий прохождение импульсов счета на входг счетчика 13. Таким образом, за его врем в счетчике 13 накапливаетс число импульсов, пропорциональное измер емому уровню (эпюра 8), По переднему фронту

0 сигнала F/I код числа импульсов, поступивших на счетчик 17, записываетс в выходной регистр 20 и хранитс там до следующего такта измерени . Таким образом, на выходе регистра 20 посто нно находитс код, про5 порциональный измер емому уровню, причем ,

I е - m I Сзв

., е - m

14-гоп I с-гоп

Fc оту Н

Микропроцессор 21 в соответствии с 0 программой, записанной в посто нном запоминающем устройстве 22 считывает информацию с регистра 20 и рассчитывает текущее значение уровн по формуле и л РОП е - m I Сзв о

где А - коэффициент пропорциональности; В - корректирующий коэффициент. Погрешность измерени определ етс в основном погрешностью, вызванной из- 0 менением плотности контролируемой среды . Дл уменьшени этой погрешности в предлагаемом устройстве дополнительно введен корректирующий канал, состо щий 5 Из п катушек св зи 18, расположенных в тарйровочных точках датчика, смесител корректирующего канала 18 и логической схемы 19.

Процесс коррекции уровнемера происходит следующим образом.

При совпадении уровн (посто нного магнита 9) с тарировочной точкой датчика, где располагаетс k-а катушка св зи корректирующего канала в данной катушке наводитс ЭДС и на входы смесител поступают сигналы, разностна частота которых полностью совпадает с разностной частотой измерительного канала. При поступлении на входные шины логического элемента 10 сигналов с равными частотами и фазами на его выходе формируетс сигнал 1PG программного прерывани , по которому процессор 21 переходит на подпрограмму обслуживани прерывани . По этой программе процессор вычисл ет погрешность измерени уровн в данной тарировочной точке

ДН Нтарир Низм.

Рассчитываетс корректирующий коэф- фициент В по формуле: 1 Нтарир

В

н,

Новое значение В заноситс в энергонезависимое оперативное запоминающее устройство 23. Вновь рассчитываетс уровень контролируемой среды с новым корректирующим коэффициентом по формуле

и л Fon I m - е I Сзв П1

Затем проводитс нова проверка погрешности измерени и если

ДН Нтарир Низм- Ндопуст,

значение уровн контролируемой среды индицируетс устройством 24.

Если поплавок расположен между тари- ровочными точками на выходе с-хемы 19, сигнал IRG не формируетс и устройство производит расчет текущего значени уровн контролируемой среды, использу корректи- рующий коэффициент В предыдущего измерени .Поскольку изменение плотности сжиженного газа происходит только в процессе заполнени емкости введени коррек

тирующего канала позвол ет значительно

повысить точность измерени уровн , снизив погрешность измерени , вызванную изменением плотности контролируемой среды.

Claims

Погрешность измерени уровн при введении в устройство корректирующего устройства составл ет CW±/0,0001 +0,0001 +0,025/ 0,025%. Формула изобретени Ультразвуковой уровнемер, содержа .

щий датчик типа магнитострикционной ли

5 10 15 20

25 30

35

40 45

50 55

нии задержки, в состав которого вход т зву- ковод и расположенные на нем катушки св зи и посто нный магнит передающего преобразовател , катушка св зи и посто нный магнит приемного преобразовател измерительного канала, расположенные в поплавке, катушка св зи и посто нный магнит приемного преобразовател опорного канала, первый и второй триггер, первый и второй двоичный счетчик, логическую схему И, опорный генератор, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерени и увеличени информационной надежности , в него введены генератор пилообразного напр жени , вход которого соединен с выходом первого триггера, генератор качающейс частоты, вход которого соединен с выходом генератора пилообразного напр жени , а выход с катушкой св зи передающего преобразовател , первый смеситель, один вход которого подключен к катушке св зи приемного преобразовател измерительного канала, а другой к катушке св зи приемного преобразовател опорного канала, а выход - с входом первого счетчика , выход младшего разр да которого соединен с S-входом второго триггера, а выход старшего разр да с R-входом второе о триггера, с R-входом второго счетчика, с R- входом самого счетчика, с входом записи дополнительно введенного регистра и счетным входом первого триггера, втора логическа схема И, один вход которой соединен с выходом второго триггера, а другой вход - с выходом опорного генератора, а выход - с входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра , процессор, посто нное запоминающее устройство, энергонезависимое оперативное запоминающ .е устройство, устройство индикаций, соединенного между собой шинами управлени , адреса и данных , причем, выход регистра соединен с шиной данных процессора; дополнительно введены и параллельно соединенных катушек св зи приемного преобразовател корректирующего канала и второй смеситель, на один вход которого поступает сигнал с корректирующего канала, а на другой - с опорного канала, втора логическа схема И, один вход которой соединен с выходом первого смесител , а другой - с выходом второго смесител , а выход - с входом обработки прерываний микропроцессора.

Фм.1

me т л.е т

Фм.2