Ультразвуковой уровнемер

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ш 546786 Союз Советских Социалистических Республик(22) Заявлено 26,05.75 (21) 2137278/10 51) М. Кл,- "6 01 Г 23/28 заявки х 1 ь присоединен 23) ПриоритетОпубликовано 15,02,77. Бюллетень Мо сударственнын комитет вета Министров СССР 153) УДК 534,232(088.8) о делам изобретении и открытийДата опубликования сания 30.03.7(72) Авторы изобретени Т, Р. Рехельс, И, Д, Рубин, И. А. Набиев и Р. М, Ахмедовзербайджанский институт нефти и химии им, М. Азизбекова(54) УЛЪТРАЗЪУКОЪОЙ УРОЪНЕМЕР Изобретение относится к техническои акустике и может найти применение при измерениях уровня жидких сред.Известны ультразвуковые уровнемеры с волноводами, свойства которых изменяются при переходе границы раздела жидкости - газ, что приводит к отражению ультразвуковой волны, распространяющейся по волноводу от места этого перехода 111,Однако эти уровнемеры недостаточно эффективны при измерениях больших уровней.Наиболее близким к изобретению по своей технической сущности является ультразвуковой уровнемер, содержащий уровнемерную трубку с акустически прозрачными стенками, приемный и излучающий пьезопреобразователи, генератор, приемник и счетчик импульсов 2,Однако этот уровнемер имеет низкую надежность и точность.Целью изобретения является повышение надежности и точности уровнемера.Это достигается тем, что в предлагаемом уровнемере уровнемерная трубка выполнена в виде накопительной емкости, сочлененной с цилиндрическим стаканом, и заполнена ферромагнитной жидкостью, а в верхней части уровпемерной трубки смонтирован соленоид, подключенный к источнику переменного тока, приемный преобразователь размещен в плоскости верхнего среза цилиндрического стакана и подключен через приемник ко входу переключателя режима работы, один из выходов которото подключен к фазочувствительной ячейке, соединенной со входом счетчика импульсов, а другой подключен ко входу генератора ударного возбуждения, выход которого соединен с излучающим преобразователем и опорным входом триггера измерителя времен ных интервалов, интервальный вход которогоподключен к выходу приемника.На фиг. 1 показана функциональная схемаэлектронного блока и общий вид датчика предлагаемого ультразвукового уровнемера; на фиг. 2 - эпюры электрических напряжений,Датчик содержит уровнемерную трубку 1,состоящую из накопительной емкости 2, сочлененной с цилиндрическим стаканом 3, заполненным ферромагнитной жидкостью 4, соленоид 5, соединительную трубку 6, крышку 7, пьезопреобразователь 8.Электронный блок феррожидкостного ультразвукового уровнемера, в свою очередь, содержит генератор синусоидальных колебаний 25 9, приемник 10, переключатель режима работы 11, фазочувствительную ячейку 12. счетчик импульсов 13.Прп работе устройства в импульсном режи.ме в электронный блок вместо фазочувствитель ЗО ной ячейки и счетчика импульсов, входят ге 546786с,(с,Ра) Р Ь1) .,с,)ю,с,2) дсдо,с,35 40 50 55 60 65 нератор ударного возбуждения 14 и измери. тель временных интервалов 15. В состав электронного блока входит также модулятор тока 16.Устройство в импульсном режиме (переключатель режима работы 11 в верхнем положении) работает следующим образом.В нулевом цикле ферромагнитная жидкость 4 полностью заполняет весь объем цилиндрического старикана 3 уровнемерной трубки 1, при этом электрические синусоидальные колебания от генератора 9, после преобразования их в ультразвуковые пьезопреобразователем 8 распространяются вниз по жидкостному волноводу.При достижении ультразвуковыми колебаниями части уровнемерной трубки, контактирующей с контролируемой средой, они почти полностью проходят через стенки уровнемерной трубки в контролируемую жидкость и затухают в ней, так как полное прохождение звуковой волны через границу раздела при наклонном падении, как следует из теории, возможно в двух случаях: где р, и р. - плотности сред, а с и с - скорости звука в средах.При подаче напряжения на вход модулятора тока 16 через нагруженный на него соленоид 5 начинает протекать электрический ток 1, (фиг. 2), периодически отключаемый и включаемый при помощи модулятора тока 16, Вокруг соленоида образуется магнитное поле, втятивающее ферромагнитную жидкость, которая при подъеме перетекает в накопительную емкость 2, а высота столба магнитной жидкости изменяется от 1 ю до 1,При этом в момент, когда нижняя поверхность столба ферромагнитной жидкости выходит из зоны контакта уровнемерной трубки с контролируемой средой, ультразвуковые колебания, отраженные от границы раздела феррожидкость - воздух и дальнейшего многократного отражения от стенки уровнемерной трубки, достигают приемной поверхности пьезопреобразователя 8,На выходе приемника 10 появляется видео- импульс Ь,., передним фронтом которого запускается генератор ударного возбуждения 14, нагруженный на пьезопреобразователь 8 и соединенный с опорным входом триггера измерителя временных интервалов 15, Посланный пьезопреобразователем 8 ультразвуковой импульс К;, осуществляет эхолоцирование мгновенного положения нижней поверхности ферромагнитного жидкостного столба. Отраженный импульс Упосле усиления и формирования опрокидывает триггер измерителя временных интервалов 15, формируя на его выходе стробимпульс Удлительность которого эквивалентна величине уровня контролируемой жидкости,5 1 О 15 20 25 30 4Принцип работы устройства в непрерывном режиме (переключатель режима работы 11 в нижнем положении) поясняется следующим образом,В нулевом цикле до момента, когда нижняя поверхность столба ферромагни гной жидкости находится в зоне контакта уровнемерной трубки с контролируемой жидкостью, в волноводе распространяется бегущая ультразвуковая волна, В момент, соответствующий переходу этой зоны, в жидкостном волноводе образуется стоячая ультразвуковая волна.Причем, когда расстояние от пьезопреобразователя 8 до отражающей поверхности оказывается равным целому числу полуволн, интенсивность стоячей волны достигает максимума 1 вх р я Такие резонансы повторяются при каждом перемещении отражателя на расстояние, равное - , где л - длина волны. Резонансы Г.ф регистрируются фазочувствительной ячейкой 12 по максимуму или минимуму. По числу максимумов или минимумов фиксируемых счетчиком импульсов 13, можно судить о высоте жидкостного столба, а значит и измеряемого уровня хкидкости. Так например, при периоде отсчета, равном О, высота столба 1 определится по формулес(п - 1)2 г где п - число минимумов, 1 - частота несущей ультразвуковых колебаний.Повышение точности измерения уровня в предлагаемом уровнемере достигается тем, что ультразвуковые колебания отражаются только от одной поверхности отражателя.Кроме того, они распространяются лишь в столбе феррожидкости с известными акустическими параметрами и не прозвучивают участок контролируемой жидкости, акустические параметры которой могут изменяться в широких пределах,формула изобретения Ультразвуковой уровнем ер, содержащий уровнемерную трубку с акустически прозрачными стенками, приемный и излучающий пьезопреобразователи, генератор, приемник и счетчик импульсов, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности и точно. сти, уровнемерная трубка выполнена,в виде накопительной емкости, сочлененной с цилинд. ,рическим стаканом, и заполнена ферромагнит. ной жидкостью, а в верхней части уровнемер. ной трубки смонтирован соленоид, подключенный к источнику переменного тока, приемный пьезопреобразовательразмещен в плоскости верхнего среза цилиндрического стакана и подключен через приемник ко входу пере. ключателя режима работы, один из выходов которого подключен к фазочувствительной ячейке, соединенной со входом счетчика имКорректор Л, Котов Редактор И. Ш Заказ 374 Изд.185 Т И Государственного комитета Со по делам изобретений и о 13035, Москва, Ж, Раугискаирака 899вета Министров Сткрытийя паб., д. 45 Г 1 одписноеР 11 И Типография, пр. Сапунов пульсов, а другой выход подключен ко входу генератора ударного возбуждения, выход которого соединен с излучающим преобразователем и опорным входом триггера измерителя временных интервалов, интервальный вход которого подключен к выходу приемника,бИсточники информации, принятые во внимание при экспертизе:1, Патент США2787160, кл, 73 в 2,опубл. 1957.5 2. Авторское свидетельство СССР 310121,М. кл.а 6 01 Г 23/28, 19 О.