Акустический уровнемер

СОКИ СОВЕТСКИХсоцИАлистичеснихРЕСПУБЛИК 4щ) С 01 Р 23/28 1с Ц сл 1 ;1ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К А ВТОРСНОМУ С 8 ИДЕТЕЛЬСТВУ л ОО з ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССР Р 765661, кл. С 01 Р 23/28, 1978.(57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использованодля измерения уровня жидкости в скважинах,каналах, водохранилищах. Цель -повышение точности измерений путемкомпенсации неоднородного распределения температуры в волноводе, котораявлияет на скорость распространениязвука, Обратимый преобразователь 4,возбуждаемый генератором 3 зондирующих импульсов, излучает в направле-ЯО .1606865 д 1 2нии поверхности 11 жидкости акустические сигналы, Передний фронт измерительного интервала формируется задаю-. щим генератором 1. Отраженные сигналы, формирующие задний фронт измерительного интервала, через усилитель 5 и преобразователи 6 и 7 поступают соответственно на умножающий/цифроаналоговый: преобразователь (УЦАП) 19 и на компараторы 18, управляющие работойключей 15, которые отключают терморезисторы 9,находящиеся ниже уровняжидкости.На операционный усилитель 17 поступает напряжение, усредненное по включенным терморезисторам. УЦАП 19 производит умножение напряжения с выхода усилителя 17 на код, пропорциональный иэмерительно.,у интервалу. Компенсация температурной погрешности осуществляется путем регулирования положения переднего фронта измерительного интервала. Выходной сигнал присутствует в цифровой 22 и аналоговой 23 формах, 2 ил.ФИзобретение .относится к приборо-.строению и может быть использованодля измерения уровня жидкбсти в скважинах, водохранилищах и каналах.5Цель изобретения - повышение точности измерений путем компенсации неоднородности распределения температуры в волноводе.На фиг.1 показано типичное распределение температуры по длине волновода, опущенного в скважину; на фиг.2 -структурная схема устройства.Вследствие нагрева верхней частиоакустической трубы до 50-60 С и низкой температуры скважинной жидкости(5-10 С) температура по высотетрубы распределяется неравномерно, исоответствующий характер имеет скорость распространения звуковой вол в 20ны. Измерение температуры в какойлибо одной точке не дает информациидаже о среднем значении температурыв трубе. Для введения поправки наизменение скорости звука необходимо 25интегрирование или усреднение температуры по длине надводной части волновода. Это реализуется предложеннымустройством.1Акустический уровнемер содержит эа.30дающий генератор 1; формирователь 2линейно изменяющегося напряжения(ФЛИН), генератор 3 зондирующих импульсов (ГЗИ), обратимый преобразователь, например, динамик 4, усилитель 5, преобразователь б временногоинтервала в код (ПВК), преобразователь 7 временного интервала в напряжение (ПВН), блок 8 сравнения, грулпу .терморезисторов 9, распределенных рав 40номерно по пути распространения зондирующего сигнала в волноводе 10, частично заполненном жидкостью 11, и образующих с резисторами 12, делители(ОУ) 17, группу компараторов 18 с соответствующими источниками опорногонапряжения (не показаны), умножающийцифроаналоговый преобразователь(УЦАП) 19, дополнительный ключ 20 иодновибратор 21. Уровнемер имеет двавыхода; цифровой 22 и аналоговый 23,устройство Работает следующим образом,Задающий генератор 1 с периодом,превышающим максимальное время распространения зондирующих импульсов от обратимого преобразователя 4 до поверхности жидкости 11 и обратно, возбуждает ГЗИ 3 и сбрасывает в исходноенулевое состояние ФЛИН 2. Задний фронтизмерительного интервала формируетсяпреобразователем 4 с приходом примерного сигнала через усилитель 5, а передний фронт - блоком 8 сравнения сучетом компенсирующего температурнуюпогрешность напряжения, поступающегона его второй вход с УЦАП 19, На блоке 8 компенсирующее напряжение сравнивается с напряжением ФЛИН 2, и на выходЫ формируется задержка переднегофронта измерительного интервала, пропорциональная компенсирующему напряжению. Последнее учитывает среднюю иовсей длине пути распространения зондирующего импульса температуру путеминтегрирования ее с помощью термореэисторов 9. При этом термореэисторы,находящиеся ниже уровня жидкости 11,отключаются с помощью ключей 15, управляемых выходными сигналами компараторов 18, на которые поступает управляющее напряжение с выхода ПВН 7.Для этого порог срабатывания каждогоиз компараторов устанавливается соответствующим уровню, на котором размещен отключаемый им терморезистор.Число терморезисторов определяетсянеравномерностью распределения температуры по длине волновода, т.е. требуемой точностью измерений.. С делителей напряжения, включающих не погруженные в жидкость итермореэисторов 9 и соответствующиерезисторы 12, на резисторы 16 поступают напряжения Б И = 1,2,и),Пусть1 - токи соответственно через 1-ерезисторы 16, К - сопротивление каждого иэ них, а Б - напряжение на входеОУ 17, тогда11- БКСложив эти токи, получимд И ц.- - л.,1 л1так как входное сопротивление ОУ ве"ико.Отсюда 1 иЦ .ГЦит,е, на входе ОУ 17 присутствуетусредненное напряжение со всех включенных делителей, что в некотором диапазоне температур отражает усредненную скорость распространения звука в волноводе 10,1 О 15 20 25 30 35 45 160Токоограничивающие резисторы 16предназначены для снижения влиянияразброса значений внутреннего сопро"тивления ключей 15 на результат усреднени я . Если же сопротивления клю чей 1 5 равны , то наличие ре зис то-ров 1 6 не является обязательным .УЦАП 1 9 производит умножение поступающего на е го аналоговый входнапряжения , пропорционального среднейтемпературе , на код , пропорциональный измерительному интервалу и поступ гющий с ПВК 6 на цифровой вход УЦАП ,Таким образом , путем регулированияположения переднего фронта измерительно гс интервала блоком сравнения о суще ствляе т ся компенсация температурной погрешности измерений , возникающей з а счет изменения скорости распро стр анения звука при изменении температурыы . 1 а цифровом выходе 2 2 при,сутствуе т код , а на аналоговом 2 3 -напряжение , пропорциональное р асстоянию до поверхности жидкости ,Для защиты усилителя 5 и последующих цепей о т перегрузки и помех вмомент возбуждения ГЗИ 3 зондирующегоимпульса по сигналу задающего генератора 1 срабатывают о дновибр атор 2 1и ключ 20 , отключая вход усилителя 5от ГЗИ 3 и о бр атимо го прео бр азователя 4 , Длительность импульса одновиб-ратор а 2 1 выбирается равной или превышающей время по слез вучания прео бр азов ателя 4 . формула изобретенияАкустический уровнемер, содержащий генератор зондйрующих импульсов, . связанный с установленным на волноводе приемно-передающим блоком, формирователь линейно изменяющегося напряжения, усилитель, пороговое устройство и ключи, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности 68656 измерений путем комйенсации неоднородности распределения температуры вволноводе, в нем приемно-передающийблок выполнен в виде обратимоо преобразователя, дополнительно введеныпоследовательно соединенные операционный усилитель и умножающий цифро"аналоговый преобразователь, выход которого подключен к первому входу порогового устройства, преобразователивременного интервала в код и временного интервала в напряжение, первыеи вторые входы которых подключены соответственно к выходу усилителя и квыходу порогового устройства, а выходы преобразователя временного интервала в код - к цифровым входам умножающего цифр.оаналогового преобразователя и являются выходами уровнемера,задающий генератор, выход которогосоединен с входами формирователя линейно изменяющегося напряжения, своим выходом подключенного к второмувходу порогового устройства, и генератора зондирующих импульсов, одновибратор, выход которого соединен суправляющим входом дополнительногоключа, а вход - с задающим генератором, группа равномерно распределенныхпо высоте волновода терморезисторов,каждый из которых включен в схему делителя напряжения и подключен, кромеверхнего терморезистора, к входусоответствующего ключа, выход которого, как и верхний терморезистор, подключен к входу операционного усилителя, а также компараторы пс числуключей, выход каждого из которых 4 О, подключен к управляющему входу соответствующего ключа, а вход - к выходу преобразователя временного интервала в нагряжение, при этом вход дополнительного ключа соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход, - с усилителем,.Малец аказ роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 45 Тиражосударственного комитета 113035, Москва, И 39 Подписное о изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 35, Раушская наб., д, 4/5