Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости

(21) 4844091/10 (22) 29.05.90 (46) 30.09.92. Бюл (71) Обнинский ин (72) А.К,Бровцын, М,С,Гаджиев и В (56) Авторское св М 1064147, кл. 0 е относится к ия жидкостей. йство состоит жектор 2, соенасосом 3, и разователь 4, ом, меньшим, с 30, кизлуового измерий соединен с оком 6, 1 ил., %36 ститут дто И.А.Фила С,Бондар идетельст 01 Е 23/2 ной энергетиков,о СССР , 1982. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(54) УЛЬТРАЗВУКОВОЕ УСТРОЙСТВО ДОПРЕДЕЛЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ Изобретение относится к измерительной технике в энергетике, химической промышленности и других областях народного хозяйства,Проведенные прогнозно-оценочные исследования (1 показывают, что известны ультразвуковой сигнализатор уровня жидкости 2, содержащий пьезоэлектрические преобразователи и отсчетно-регистрирующий блок, ультразвуковой измеритель расстояния в жидкостях 3, содержащий отражатель, эталонный и измерительный каналы, каждый из которых содержит электроакустический преобразователь, уровне- меры 4,Недостатками указанных устройств являются ненадежность и ограниченность применения.Наиболее близким известным техническим решением к предложенному является ультразвуковой уровнемер 5, содержащий эталонный и измерительный каналы, каждый из которых состоит из обратимого электроакустического преобразователя, включенного в цепь синхрокольца, состоя(57) Применение: изобретени устройствам для исследован Сущность изобретения. Устро из стакана 1, содержащего ин диненный с циркуляционным магнитострикционный преоб которые направлены под угл второго критического угла, т.е чающей пластине ультразвук тельного элемента 5, которы отсчетно-регистрирующим бл щего из приемно-формирующего блока и генератора зондирующих импульсов, а также измеритель временных интервалов, индикатор, делитель и интегратор.Недостатками прототипа являются невысокие функциональная надежность и точность измерений, особенно в агрессивных жидкостях, имеющих, как правило, твердыевенка включения и пузырьки воздуха, Оседание включений на излучающую и приемную поверхности преобразователя или наличие пу- О зырьков воздуха приводит к рассеянию (Л ультразвуковых колебаний и увеличению погрешности измерения,Целью изобретения явлние точности определениясти.Указанная цепь достигается тем, нто а ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости, содержащее емкость и обратимый электроакустический преобразователь, соединенный с регистрирующим блоком, введены инжектор, связанный с циркуляционным насосом, и магнитострикционный преобразователь, герметично закрепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического и реобразователя, расположенного на дне емкости, под углом Дкрагсз 1 п( ), где Сц и Сс 2 -СцСс 2скорости распространения продольных и поперечных колебаний в жидкости и твердом теле соответственно.Новизна заявленного устройства для определения уровня жидкости заключается в совокупности признаков, позволяющих повысить точность измерений,Существенным отличием заявленного устройства от прототипа является оборудование устройства циркуляционным насосом с инжектором и магнитострикционным преобразователем.Оборудование устройства насосом с инжектором позволяет сбивать оседающие на поверхность измерительного элемента электроакустического преобразователя твердые включения с помощью направленной струи жидкости, а ультразвуковые колебания достаточно большой мощности, излучаемые магнитострикционным преобразователем, позволяют дополнительно очищать эту поверхность от пузырьков воздуха, тем самым повышая точность измерения времени прохождения ультразвука в жидкости.На чертеже приведена принципиальная схема ультразвукового устройства.Ультразвуковое устройство для определения уровня жидкости состоит из емкости 1, содержащей инжектор 2, связанный с циркуляционным насосом 3, и магнитострикционный преобразователь 4, герметично закрепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя 5, расположенного на дне емкости, под углом, большим второго критического угла для продольных колебаний в жидкости; электроакустический преобразователь 5 соединен с регистрирующим блоком 6. Угол наклона инжектора и магнитострикционного п реобразователя (вибратора) выбран менее 30 из условия полного отражения ультразвука от рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя. Мощность ультразвуковых колебаний вибратора достаточна для разрушения пузырьков воздуха на поверхности акустического преобразователя, но при углах более 30 часть энергии может поглощаться этой поверхностью, что приводит к ее повреждению,Значение второго критического угла определяется выражением5АкР ф(С )Сц(1)где Сц - скорость продольных колебаний в 10 жидкости( " 1500 м/с);Сс 2 - скорость поперечных колебаний впьезоэлементе акустического преобразователя ( " 3000 м/с).Из выражения (1) получим,бакр = агсзп (.ООО) = 30 О 1500 о Т.о, угол падения ф ультразвуковых колебаний на рабочую поверхность электро акустического преобразователя долженбыть больше ЗОО, а угол наклона вибратора ( а=90- ф ) меньше 60.Ультразвуковое устройство для. определения уровня жидкости работает следую щим образом.В емкости 1, заполненный жидкостью,рабочая поверхность обратимого электро- акустического преобразователя 5 излучает ультразвуковые колебания, которые, отра жаясь от поверхности жидкости, вновь принимаются преобразователем 5 и, преобразованные в электрические сигналы, регистрируются блоком 6, который измеряет время прохождения ультразвука до по верхности жидкости и обратно.Периодически между измерениями спомощью насоса 3 с инжектором 2 создается струя жидкости, например, с напором 3 - 5 атм и ультразвуковые колебания, например, 40 с частотой 5-10 кГц от магнитострикционного преобразователя 4, которые направлены под углом менее 60 к рабочей поверхности электроакустического преобразователя 5 и которые очищают ее от пузырьков воздуха и 45 микрочастиц.Технико-экономическая эффективностьприменения предлагаемого устройства в сравнении с прототипом, аналогами и известными устройствами заключается в повы шении точности за счет снятия пузырьковвоздуха и микрочастиц с рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя с помощью струи жидкости в поле ультразвуковых колебаний.55 Формула изобретенияУльтразвуковое устройство для определения уровня жидкости, содержащее емкость и обратимый электроакустический: -, Заказ 3380ВНИИПИ Государст П писноеоткрытиям при ГКНТ ССС4/5 нного комитета по изобретениям 3035, Москва, Ж, Раушская на оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина преобразователь, соединенный с регистрирующим блоком, отл и ч а ю щ ее ся тем, что, с целью повышения точности, в него введены инжектор, связанный с циркуляционным насосом, и магнитострикционный преобразователь, герметично закрепленные в отверстиях емкости, причем их продольные оси направлены к нормали рабочей поверхности обратимого электроакустического преобразователя, расположенного на дне емкости, под углом фарагсзп( - )Сц Сс 2где Си и Са - скорости распространения 5 продольных и поперечных колебаний в жидкости и в твердом теле соответственно.