SU372455A1 - Ультразвуковой уровнемер - Google Patents

Description

1

Изобретение относитс  к области измерени  уровн  ультразвуковыми уравнемерами.

Известные ультразвуковые уровнемеры содержат чувствительный элемент в виде излучающего и приемного волновода, пьезоэлектрические преобразователи, генератор радиоимпульсов , электронный измерительный блок и индикатор. Принцип работы их заключаетс  в том, что измер етс  врем  прохождени  упругого импульса от пьезоизлучател , закрепленного в верхней части излучающего волновода до пьезоприемника, укрепленного в верхней части приемного волновода. Врем  прохождени  сигнала пропорционально рассто нию до границы раздела газ - жидкость. Чувствительный элемент у таких устройств может быть выполнен в виде двух параллельных стержней, в виде двух параллельных спиралей или коаксиально расположенных труб. Однако в таких уровнемерах акустический сигнал, несущий информацию об уровне, проходит в контролируемой среде некоторый путь, что вносит дополнительные погрещностп в результате измерени , особенно при измерении уровн  в кип щих или загазованных жидкост х. При передаче упругой энергии от излучающего волновода к приемному происходит искажение упругого импульса за счет возбуждени  в приемном волноводе большого числа мод, что вносит искажени  при индикации времени прохождени  сигнала. Из-за акустических наводок в местах креплени  волноводов к фланцам возникают дополнительные акустические помехи, повыщающие общий уровень щумов. Кроме того, так как передача сигнала от волновода к волноводу происходит в некотором слое жидкости и вследствие дифракции ультразвуковых волн на концах волноводов , в нижней части датчиков таких уровнемеров существует значительна  мертва  зона.

Предлагаемый уровнемер отличаетс  от известных тем, что в нем чувствительный элемент выполнен в виде U-образио изогнутой

трубки. Па одном конце трубки крепитс  излучатель , а на другом - приемник ультразвуковых волн. Дл  измерени  уровн  используетс  эффект трансформации упругой волны на границе раздела газ-жидкость. Суть

эффекта заключаетс  в том, что фазова  скорость нормальной волны, распростран ющейс  по трубке в свободном состо нии, отличаетс  от фазовой скорости упругих волн, распростран ющихс  по трубке, погруженной

в жидкость.

Па чертеже изображен схематично уровнемер .

На концах волновода /, который  вл етс  чувствительным элементом уровнемера, укреплеиы пьезоэлектрические излучатель 2 и ириемник 5 осесимметричных упругих н,ор1у1альных волн. Излучатель 2 электрически соединен с генератором 4 радиоимпульсов, блоком задержки 5 и измерительным блоком 6. Приемник 3 электрически св зан с усилителем 7, измерительным блоком 5 и индикатором.

Радиоимпульсы, вырабатываемые генератором 4, поступают на излучатель ультразвуковых волн, блок задержки 5 и измерительный блок 6. Излучатель преобразует электрические сигналы в упругие импульсы, которые распростран ютс  вдоль оси трубы в виде осесимметричных волн с фазовой скоростью V. Достигнув поверхности жидкости со стороны газа, импульсы продолжают распростран тьс  уже с фазовой скоростью, отличной от первоначальной , т. е. V.

По колену трубки упругие волны поступают на второй участок трубки и достигают приемника 3, где снова преобразуютс  в радиоимпульсы. Прин тый сигнал усиливаетс  усилителем 7 и подаетс  на вход измерительного блока 6. На этот же вход подаетс  сигнал от генератора, задержанный на врем :

где / - рассто ние от излучател  до приемника упругих волн;

Vm - фазова  скорость т-й моды нормальной волны дл  цилиндра в воздухе. Разность времен между сигналом,прошедшим через чувствительный элемент изадержанным зондируюш,им импульсом, пропорциона .г1ьна уровню контролируемой жидкости.

Предмет изобретени 

Ультразвуковой уровнемер, содержащий чувствительный элемент, пьезоэлектрические преобразователи, генератор радиоимпульсов, электронный измерительный блок и индикатор , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности, работоспособности в сильнопоглош;ающих средах и упрощени  конструкции, чувствительный элемент выполнен в виде U-образно изогнутой трубки, на одном конце которой расположен пьезоизлучатель, а на другом - пьезоприемник.