Ультразвуковой уровнемер

.8)тельство СССР23/28, 1978,льство СССРР 23/28, 1983 ФЬЮ. Ф ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ ОПИСАНИЕ ИЗО АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬС(57) Изобретение относится к техникеизмерения уровня с помощью ультразвука. Цель изобретения - повышение точности и.упрощение конструкции. Длительность формирования логическогонуля на выходе схема 6 запиранияприемника фиксирована и обратно пропорциональна максимально возможнойскорости распространения ультразвука в диапазоне рабочих температур иакустической плотности контролируемосреды. Любая импульсная помеха, воэникающая из-за наличия акустическихшумов в измеряемой среде, в интервалах между импульсами возбуждения,формируемыми генератором 2, принимаемая электроакустическим преобразователем 3, не нарушает работоспособность устр-ва и достоверностьизмерительной информации. 2 ил, 1364889211 6Т6 С Изобретение относится к техникеизмерения уровня с помощью ультразвука и может быть применено, в част"ности, для измерения уровня потокаводы в каналах гидромелиоративныхсистем.Цель изобретения - повышение точности и упрощение конструкции.На фиг. 1 приведена блок-схемаустройства; на фиг, 2 - временнаядиаграмма работы устройства.Устройство размещено в резервуаре 1 с исследуемой жидкостью и содержит генератор 2 импульсов возбуждения, обратимый электроакустическийпреобразователь 3, отражатель 4 кольцеобразной формы, компенсационный канал, первую схему 5 запрета, схему 6запирания приемника, элемент ИЛИ 7,измерительный канал, состоящий изприемного пьезоэлемента 8, приемного устройства 9, второй схемы 1 О запрета, первого триггера 11 формирования строба н первого счетчика 12импульсов. Кроме того, устройствосодержит второй триггер 13 формирования строба, соединенный с разрещающим входом второго счетчика 14 импульсов, третий триггер 15 формирования строба, третий счетчик 6 импульсов, вычислитель 17, индикатор18, генератор 19 тактовых импульсов,элемент 20 задержки, триггер 21 управления, формирователь 22 и генератор 23 стабильной частоты,При включении уровнемера на выходе триггера 21 управления устанавливается логический "О", который запрещает работу генератора 2 импульсов возбуждения с помощью схемы 5 запрета, Первый короткий импульс, появившийся на выходе генератора 19 тактовых импульсов, обнулит содержимое счетчиков 12, 14 и 16, установит на выходе триггера 21 управления логическую единицу, которая разрешает работу первой 5 и второй 10 схем запрета по соответствующим входам. Одновременно импульс от генератора 19 тактовых импульсов установит на выходе второго триггера 13 формирования строба логическую единицу, подготовив тем самым второй счет" чик 14 к счету импульсов, а пройдя через элемент 20 задержки, одновременно устанавливает третий триггер 15 формирования строба в единичное положение, разрешая таким образом работу третьего счетчика 16, и, пройдя через элемент ИЛИ 7, запускает генератор 2 импульсов возбуждения, причем импульсы появляющиеся на выходе элемента ИЛИ 7 начинают подсчитываться счетчиком 14.Импульс генератора 2 преобраэует ся пьезоэлементом 3 в акустический,излучается, частично отражается от отражателя 4 кольцеобразной формы, принимается также пьезоэлементом 3 и, пройдя через схему 5 запрета и эле 1 г мент ИЛИ, осуществляет запуск генератора 2, Освобождение от случайных импульсных помех, амплитуда которых превышает уровень срабатывания генератора 2 осуществляется с помощью 20 устройства 6 определения импульснойпомехи. При этом первый импульс, появившийся на выходе схемы 5 запрета, установит на выходе третьего триггера 15 формирования стробы "0" и запретит дальнейший подсчет импульсов от генератора 23 стабильной частоты третьим счетчиком 16, тем самым завершив измерение времени, необходимого для прохождения ультразвуком ЗО удвоенного расстояния от пьезоэлемента 3 до отражателя 4, которое может быть выбранным, в частности, равным 2 Ь 10 см.Таким образом, в дополнительном 3 канале осуществляется циркуляция освобожденных от помех импульсов, период следования которых обратно про- порционалеН скорости распространения ультразвука в контролируемой среде и 40 равен где Ь - расстояние от пьезодатчика 45 3 до отражателя 4;С - скорость ультразвука в измеряемой среде.Ж Причем одновременно осуществляется подсчет количества циркулирующих импульсов И счетчиком 14. Подсчет импульсов осуществляется до тех пор, пока на приемный элемент 8 не поступит первый импульс возбуждения, про шедший через Измерительный канал.Усиленный приемным устройством 9 сигнал, пройдя вторую схему 10 запрета, установит на выходе второго триггера 13 формирования строба "0", запретит364889 1(11+1)-в .1 . (3)б Из (3) видно, что для реализации алгоритма измерения уровня необходимо измерить время С . Аппаратурное измерение времениосуществляется с помощью триггера 11 формирования строба. Сигнал с выхода второй схемы 10 запрета устанавливает триггер 11 формирования строба в единичное состояние, разрешая тем самым счет импульсов от генератора 23 стабильной частоты первым счетчиком 12 до момен" та появления на запрещающем входе триггера 11 формирования строба оче-. редного импульса запуска генератора 2 возбуждения, приходящего с выхода элемента ИЛИ 7. Таким образом осуществляется измерение времени Подключение счетного входа второго счетчика 14 к выходу элемента ИЛИ 7 обеспечивает измерение величины (К+1)) а измерение времени Т Б осуществляется третьим счетчиком 16. Обработка результатов измерения по формуле (3) осуществляется вычислителем 17, результат вычисления которого индицируется индикатором 18,з 1тем самым счет импульсов возбуждениявторым счетчиком 14Формула измерения уровня имеетвид Н-СТ Ы+(Т -е )/2 (2)где И - целое число временных интервалов Т, формируемых калиброванным каналом, длительность которых определяетсяакустической плотностью измеряемой среды, укладывающихся во время измерения;й. - время между принятым эхо сигналом и последующим импульсом возбуждения (фиг.2),Выразив скорость ультразвука в(2) из соотношения (1),послеподстановки получим При переходе триггера 11 формирования строба из состояния "1" в "О" формирователь 22 вырабатывает им пульс, поступающий на запрещающий вход триггера 21 управления, "О" на выходе которого запрещает работу первой и второй схем запрета, На этом процесс измерения эаканчиваетСчетчик 14 предназначен для счета величины И+1 где И - целое числовременных интервалов, формируемыхкалиброванным каналом, укладывающихся во время измерения.Для измерения величины временногоинтервала Т , формируемого третьимьфКБ-триггером 15 формирования строба,10 предназначен счетчик 16. На Я-вход третье.го КЯ-триггера 15 формирования стробапоступает сигнал от генератора 19тактовых импульсов, прошедший через элемент 20 задержки, предназна 15 ченныи для устранения эффекта "гоноки состязаний", который может возникнуть при одновременной подаче импульса установки в нулевое состояние симпульсом разрешения счета сигналов,20 поступающих на счетчик 16 с генератора 23 стабильной частоты. Таким образом, элемент 20 задержки предназначен для разнесения во времени импульса обнуления содержимого счетчика 16и начала импульса разрешения счетасчетчиком 16, формируемого третьимВ 5-триггером 15 формирования строба.Формирование интервала Т третьимКЯ-триггером 15 формирования строба30 завершается с появлением на выходепервой схемы 5 запрета импульса принятого эхо-сигнала, прошедшего калиброванный канал.Схема 5 запрета представляет соЗ 5 бой трехвходовый элемент И, на одиниз входов которого поступает импульссо схемы 6 определения импульснойпомехи, представляющей собой ждущийодновибратор, Появление логического40 нуля на выходе последнего совпадаетс началом формирования импульса возбуждения, формируемого генератором2 импульсов возбуждения . Длительность формирования логического нуля 45 на выходе схемы 6 запирания приемника фиксирована и обратно пропорциональна максимально возможной скорости распространения ультразвука в диапазонерабочих температур и акустической плот ности контролируемой среды. Такимобразом, любая импульсная помеха,возникающая из-за наличия акустических шумов в измеряемой среде, в интервалах междуимпульсами возбуждения, 55 формируемыми генератором 2, принимаемая пьезоэлементом 3, не нарушитработоспособность предлагаемогоустройства и достоверность измерительной информации.Формула и э о б р е т е н и я Ультразвуковой уровнемер, содержащий измерительный канал, выполненный в виде излучателя, приемника акустических колебаний, соединенного последовательно с приемным блоком и второй схемой запрета, дополнительный компенсационный канал, содержащий генератор, соединенный с излуча телем и блоком запирания приемника, подключенного к первой схеме запрета, второй вход которой соединен с приемником, а также триггер формирования строба, первый и второй счетчик и индикатор, о т л и ч а ю щ и й . с я тем, что, с целью повышения точности и упрощения конструкции, в него введены дополнительно кольцевой отражатель, элемент ИЛИ, элемент задержки, генератор тактовых иМпульсов, второй и третий триггеры формирования строба,Формирователь, триг" гер управления, третий счетчик, генератор стабильной частоты и вычислитель, при этом кольцевой отражатель установлен соосно на фиксированном расстоянии излучателем измерительного канала, а последний совме" щен с излучателем и приемником дополнительного компенсационного кана" ла, причем первый вход элемента ИЛИ подключен к выходу первой схемы запрета и второй вход к выходу элемента задержки, вход последнего подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а выход элемента ИЛИ соединенс генератором, со счетным входом вто.рого счетчика и с запрещающим входом первого триггера формированиястроба, выход последнего подключен куправляющему входу первого счетчикаи одновременно к формирователю, выход которого подключен к запрещающему входу триггера управления, а второй вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причемвыход триггера управления подключенк первой и второй схемам запрета,15 при этом выход второй схемы запретаподсоединен одновременно к разрешающему входу первого триггера формирования строба и к запрещающему входувторого триггера формирования строба,а РазРешающий вход последнего подключен к генератору тактовых импульсов, выход первой схемы запрета соединен также с запрещающим входомтретьего триггера формирования стро"25 ба, разрешающий вход которого подключен к выходу элемента задержки, авыход третьего триггера формированиястроба присоединен к управляющемувходу третьего счетчика, выход гене 30 ратора тактовых импульсов соединен Фтакже с обнуляющими входами всехсчетчиков, а к счетным входам первого и третьего подключен генераторстабильной частоты, при этом выходывсех счетчиков .соединены с вычислителем, выход которого подключен киндикатору,1364889 з и Составитель И, Некрасоактор П. Гереши Техред М.Дидык рректор И. Муска з 6579/32 Тираж 717ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д одпи