Ультразвуковой уровнемер

4(51 С 01 Р 23/28 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ГОСХНа Стщ":ННцй ИОМИТЕТ аССРПО ДЕЛАМ ИЖ)РНИЙ И ОТКРЫТИЙ(56) 1. Авторское свидетельство СССРВ 634114, кл. С 01 Г 23/28, 1977.2. Авторское свидетельство СССРВ 569861, кл, С 01 Р 23/28 1976(54)(57) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВИЕИКР,содержащий излучатель ультразвука,опорный и измерительный приемно-усилительные блоки, опорный преобразователь, включающий последовательносоединенные триггер, первую схему Ии счетчик, генератор тактовых импульсов, выход которого подключенк входу первой схемы И опорного преобразователя и входу делителя, а так"же первый реверсивный счетчик, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью повышения точности измеренияуровня, опорный преобразователь дополнительно снабжен последовательносоединенными регистром, вторыи реверсивным счетчиком, одновибратороии второй схемой И, а также инвер 80.11 9974 А тором, причем входы триггера опорного нреобразователя подключены к выходам делителя н опорного приемно-усилительного блока, его выход подключен к входу инвертора и второму входу счетчика, выход инвертора подключен к второму входу второй схемы И, ее выход подключен к входу "Запись" регистра, информационные входы которого подключены к выходам счетчика, а выход "Перенос" второго реверсивного счетчика подключен к входу одновибратора, кроме того, уровнеиер снабжен вычислителем и измерительным преобраэователеи, выполненным идентичныи оиорноиу, при зтои выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первых схем И и вычитающим входаи реверсивных счетчиков опорного и измерительного преобразователей, первый и второй входы вычислителя подключены к выходам одновибратороэ опорного и измерительного преобразователей, его вход "Запуск" юодключев к выходу первого реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу делителя, а входы триггера измерительного преобразователя подключены к выходам опорного и измерительного прием. но-усилительных блоков.1139974 1Изобретение относится к нефтехимической и газовой промышленности,в частности к измерению уровня нефтепродуктов и сжнженных газов.Известен ультразвуковой уровнемер, содержащий генератор тактовыхимпульсов, делитель, формировательстроб-импульса, измеритель временных интервалов, а также измерительное компенсационное синхрокольца,каждое из которых состоит из последовательно соединенных генератора,акустического преобразователя, приемного устройства, схемы запрета исхемы ИЛИ 1.15Недостатком известного уровнемера является невысокая точность измерения, обусловленная низкой помехозащищенностью,Наиболее близким по технической 20сущности к изобретению являетсяультразвуковой индикатор уровня,содержащий измерительный канал, вынолненный в виде излучателя ультразвука, подключенного к генератору 25зондирующих импульсов и одному извходов триггера, приемник ультразвука, подключенный через приемно-усилительный блок к другому входу триггера, выход которого через схему И 5 бподключен к счетчику, компенсационный канал, выполненный в виде излучателя ультразвука, подключенногочерез делитель к генератору тактовыхимпульсов, приемника ультразвука,через приемно-усилительный блок подключенного к управляющему входу реверсивного счетчика, суммирующий ивычитающий входы которого подключены к выходам делителя, выход реверсивного счетчика через преобразователь код - напряжение подключенк генератору тактовых импульсов 23.Недостатком данного устройстваявляется невысокая точность измерения, обусловленная наличием преобразователя код-напряжение, управляющего частотой генератора тактовыхимпульсов, так как стабильность этого узла зависит от внешних воздейст бвий. Цель изобретения - повышениеточности измерения.Поставленная цель достигается тем,что в ультразвуковом уровнемере, 55содержащем излучатель ультразвука,опорный и измерительный приемноусилительные блоки, опорный преобра зователь, включающий последовательно соединенные триггер, первую схему И и счетчик, генератор тактовыхимпульсов, выход. которого подключенк входу первой схемы И опорногопреобразователя и входу делителя,а также первый реверсивный счетчик,опорный преобразователь дополнительно снабжен последовательно соединенными регистром, вторым реверсивным счетчиком, одновибратором и второй схемойИ, а также инвертором,причем входы триггера опорного преобразователя подключены к выходамделителя и опорного приемно-усилительного блока, его выход подключенк входу инвертора и второму входусчетчика,. выход инвертора подключенк второму входу второй схемы И, еевыход подключен к входу "Запись"регистра, информационные входы которого подключены к выходам счетчика,а выход "Перенос" второго реверсивного счетчика подключен к входу одновибратора, кроме того, уровнемерснабжен вычислителем и измерительнымпреобразователем, выполненным идентичным опорному,. при этом выход генератора тактовых импульсов подключенк входам первых схем И и вычитающимвходам реверсивных счетчиков опорного и измерительного преобразователей, первый и второй входы вычислителя подключены к выходам одновибраторов опорного и измерительногопреобразователей, его вход "Запуск"подключен к выходу первого реверсивного счетчика, вход которого подключен к выходу делителя, а входы триггера измерительного преобразователяподключены к выходам опорного и измерительного приемно-усилительных блоковНа фиг. 1 представлены блок-схема; на фиг. 2 - временные диаграммы работы уровнемера.Ультразвуковой уровнемер содержит излучатель ультразвука 1, измерительный приемно-усилительный блок 2, опорный приемно-усилительный блок 3, опорный преобразователь 4, состоящий из триггера 5, первой схемы И 6, суммирующего счетчика 7, регистра 8, реверсивного счетчика 9, одновибратора 10, второй схемы И 11, инвертора НЕ 12, измерительный преобразователь 13, состоящий из триггера 14, третьей схемы И 15, суммирую1139974 3щего счетчика 16, регистра 17,реверсивного счетчика 18, одновибратора 19, схемы И 20 и инвертора 21,генератор тактовых, импульсов 22,делитель частоты 23, первый реверсивный счетчик 24, вычислитель 25.Излучатель ультразвука 1 акустически связан с приемно-усилительнымиблоками 2 и 3. Выход приемно-усилительного блока 3 подключен к вторым 10входам преобразователей 4 и 13, авыход блока 2 - к первому входупреобразователя 13. Третьи .входы преобразователей 4 и 3 соединеныс щаходом .генератора тактовых импульсов 22к которому также подключен вход делителя частоты 23,выход делителя частоты 23 подсоединен к первому входу преобразователя 4, к излучателю ультразвука 1и к вычитающему входу первого реверсивного счетчика 24, выходыпреобразователей 4 и 13 и первогореверсивного счетчика 24 подключенык соответствуюпрщ входам вычислителя 25,В преобразователе 4 установочныевходы триггера 5 соединены с первыми вторым входом самого преобразователя 4,выход триггера 5 подключенк входу установки нуля суммирующегосчетчика 7,к входу инвертора НЕ 12и входу схемы И 6, второй вход которой соединен через третий вход преоб.разователя 4 с выходом генераторатактовых нмнульсов 22,выход схемы И 6 5подключен к входу сумьщрующего счетчика 7, разрядные выходы счетчика 7соединены с информационными входамирегистра 8, разрядные выходы которого подключены к информационным 40входам реверсивного, счетчика 9,выход "Перенос" последнего соединеис входом одновибратора 10, вычитающий вход реверсивного счетчика,9через третий вход преобразователя 4 фподключен к выходу генератора тактовых импульсов 22, выход одновибратора 10 подсоединен к выходу преобразователя 4, к входу "Запись" реверсивного счетчика 9 и к входу ло фгического элемента И 11, второйвход которого подключен к выходуинвертора НЕ 12, а выход - к входу"Запись" регистра 8. Все соединенияв преобразователе 13 аналогичны сое- зздинениям в преобразователе 4.Уровнемер работает следующимобразом. Излучатель ультразвука 1 периоДически возбуждается на собственной резонансной частоте делителем частоты 23, вход которого подсоединен к выходу генератора тактовых импульсов 22. Возбужденные ультразвуковые колебания достигают нриемно-усилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в электрические сигналы, которые после усиления воздействуют на преобразователи 4 и 13. Момент прихода ультразвуковой волны на измерительный приемно-усилительный блок 2 определяется значением измеряемого уровня, а на приемно-усилительный блок 3 - базовым расстояни" ем, Значение уровня измеряется относительно места положения опорного приемно-усилительного блока 3. Излучатель ультразвука 1 связан акустически с приемно-усилительными блоками 2 и 3. Рассмотрим работу преобразователя 4,Триггер 5 каждый цикл посылкизондирующего импульса устанавливается одновременно с возбуждениемизлучателя ультразвука 1 импульсом(И 23, фиг. 2) с выхода делителячастоты 23 в состояние "1".При достижении ультразвуковойволной опорного приемно-усилительного блока 3 триггер 5 опрокидывается в состояние "0" сигналом (И 3,фиг. 2) с выхода блока 3. Импульсы (И 5, фиг. 2) с выхода триггера 5 поступают на вход схемы И 6,на второй вход которой поступаютимпульсы генератора тактовых импульсов 22 (И 22, фиг. 2). Выход схемы И 6 подсоединен к суммирующемувходу счетчика 7, который каждыйцикл обнуляется передним фронтом импульса с триггера 5. Таким образом,на суммирующем счетчике 7 каждуюпосыпку зондирующего импульса регистрируется число, пропорциональноебазовому расстоянию, На вычитающийвход реверсивного счетчика 9 поступают импульсы генератора тактовыхимпульсов 22. В момент переходареверсивным счетчиком 9 значения "0"импульс с его выхода "Перенос" запускает одновибратор 10, котОрыйвырабатывает короткий импульс, поступающий на вход "Запись" реверсивного счетчика 9, осуществляя записьв него значения числа, хранящегосяв регистре 8. Импульс с выхода одно-вибратора 10 поступает также через логический элемент И 11 на вход "Запись" регистра 8, переписывая в него значение числа, набранного . 5 в суммирующем счетчике 7. Схема И 11 закрывается с выхода триггера 5 через инвертор НЕ 12 каждую посылку зондирующего импульса на время подсчета суммирующим счетчиком 7 числа, 10 пропорционального базовому расстоянию.( Так как период следования зондирующих импульсов в несколько раз больше наибольшего времени прохождения ультразвука до опорного 15 приемно-усилительного блока 3, информация в регистре 8 обновляется каждый цикл зондирования. Преобразователь 13 работает аналогично преобразователю 4, на его выходе форми руется число, пропорциональное измеряемому уровню.Таким образом, частота следования импульсов (И 4 на фиг. 2) на выходе преобразователя 4 пропорцио-25 нальна опорному расстоянию, а на выходе преобразователя 13 пропорциональна измеряемому уровню.Импульсы с выхода преобразователей 4 и 13 поступают на решающие 30 входы вычислителя 25, а на вход "Запуск" последнего поступают импульсы с выхода реверсивного счетчика 24, на вычитающий вход которого поступают импульсы запуска излучателя ульт- З 5 развука 1. На информационных входах реверсивного счетчика 24 набрано число, которое для обеспечения нормальной работы вычислителя 25 должно быть больше, чем число циклов 40 усреднения значения измеряемого уровня. Выход "Перенос". реверсивного счетчика 24 подключен к собственному входу "Запись". Таким образом, на вычислитель 25 с выхода реверсив ного счетчика 24 поступает команда "Запуск" с периодом, большим, .чем время усреднения информации вычислителем 251Вычислитель реализует алгоритмЕИ=Ку-1где Г - частота следования импульсов на выходе измерительного преобразователя 13;Г, - частота следования импуль 2сов на выходе опорного преобразователя 4;К - коэффициент деления частотыделителем;И - число импульсов на выходевычислителяВычислитель выдает результат припоступлении импульса "Запуск" навход установки триггера.Очевидно, если К - коэффициентделения частоты, набранный в задатчике делителя частоты вычислителя 25,будет численно равен базовому расстоянию, например, в миллиметрах,то Н будет равно измеряемому значению уровня в миллиметрах. Причем,так как значение уровня вычисляется2через отношение , то на точностипредлагаемого уровнемера не будутсказываться дестабилизирующие воздействия, например, от изменения скорос-.ти ультразвука, при изменении внешних условий среды.Также на точности измерения небудет сказываться флуктуация параметров измерительных схем (приемноусилительных блоков, триггерови т,д.), потому что в уровнемере вычисляется среднее значение отношения Г/Г 1 эа какое-то время, определяемое значением числа, набраннымв задатчике делителя частоты вычислителя 25,Таким образом, предлагаемый уровнемер позволяет повысить точностьи упростить процесс измерения уровня.