Ультразвуковой уровнемер

" / и -ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬПИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛ(71) Рязанский радиотехнический институт и Рязанский завод "Теплоирибор"(56) Авторское свидетельство ССС 1И 1139974, кл. 0 01 Г 23/23, 1983.(57) Изобретение относится к измерениям уровня нефтепродуктов и сжиженных газов. Цель - расширение Функциональных возможностей уровнемерд,повышение его быстродействия и точности. Излучатель уль грдзвука 1 периодически возбуждается нд собствецнои рсзоцднсцой частоте импульсами,которые образуются в результате деления частоты генератора тактовыхимпульсов 16 делителем 17 и счетчиком-делителем управляемого делителя 9. Возбужденные ультразвуковыеколебания достигает приемоусилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в электрические сигналы, которые 2после усиления воздействуют на пре -образовдтели 4 ц 10. Момент приходаультразвукового сигнала на измерительный приемоусилительный блок 2 оределяется значением измеряемогоуровня, а на прцемоусилительный блок3 - базовым расстоянием. Значениеуровня измеряется относительно места положения опорного прцемоусилительного б.пока 3. Нд суммирующемсчетчике 7 кдждуо посыпку зондирующего имнульсд регистрцруе 1 ся число,пропорциональное базовому расстояниюЗто число по окончании счета переносится в регистр 3 и хранится в немдо конца следующего цикла, определяязначение переменного коэФФцциецтаделения управляемого делителя частоты 9. На вход управляемого делителя9 поступают импульсы частоты, поделенной делителем 7 и триггером 18.Далее эти импульсы поступают черезделители 19 ц 20 на суммирующий входреверсивного счетчика 21. Импульсыопорной частоты поступают через управляемые делители 22 и 23 на вычитдющий вход счетчика 21, который вычисляет уровень. 1 ил,Изобретение относится к нефтехимической и газовой промышленности, в частности к измерению уровня нефтепродуктов и сжиженных газов.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей,заключающееся в обеспечении варьирования сглаживающими качествами уровнемера непосредственно в процессе измерений при неизменном масштабе преобразования и повышения быстродействия и динамической точности.Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом уровнемере,содержащем излучатель ультразвука,связанный акустически с опорным и измерительным приемно-усилительными блоками, опорный.и измерительный преобразователи, каждый из которых включает последовательно соединенный РБ- триггер, схему И, счетчик и регистр, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам схем И опорного и измерительного преобразователя и входу делителя частоты, выход опорного приемно-усилительного блока подсоединен к В-входам ЕБ-триггеров, выход измерительного блока соединен с Б-входом ЙБ- триггера измерительного преобразователя, а вход излучателя - с Б-входом ЙБ-триггера опорного блока.В опорный и измерительный преобразователи введены первый и второй управляемые делители частоты с переменным коэффициентом деления,причем цифровые входы управляемого делителя опорного преобразователя подключены к выходам его регистра, а частотный вход - к первому выходу Т-триггера, Т-вход которого соединен с выходом делителя частоты, и информационные входы регистра соединены с выходами суммирующего двоичного счетчика, установочные нулевые входы которого подключены к второму входу схемы И и прямому выходу триггера, инверсный выход которого соединен с входом "Запись" регистра, вход КБ-триггера опорного преобразователя подключен также к выходу последнего разряда счетчика - делителя первого управляемого делителя частоты, измерительный преобразователь выполнен идентично опорному за исключением того, что в нем отсутствует связь между выходом последнего разряда счетчика-делителя второго управ ляемого делителя частоты и Б-входом КБ-триггера, выход второго управляемого делителя подключен к входу третьего управляемого делителячастоты, обеспечивающего коррекциюмасштаба уровнемера.Зыход третьего управляемого делителя соединен с входом четвертогоуправляемого делителя частоты, выходкоторого подключен к суммирующемувходу реверсивного счетчика, выходыкоторого связаны с выходами уровнемера и управляющими входами пятого уп 15 равляемого делителя частоты, частотный вход которого соединен с выходомуправляемого делителя частоты опорного преобразователя, а выход пятогоделителя соединен с частотным входом20 шестого управляемого делителя частоты, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика,а управляющие входы шестого делителясоединены с управляющими входами чет 25 вертого делителя и с цифровым входомуровнемера, обеспечивающим установку требуемого, коэффициента сглаживания паразитных колебаний уровня,частотный вход второго управляемого де 30 лителя измерительного преобразователя соединен с инверсным выходом Ттриггера.На чертеже представлена блок-схема уровнемера.Уровнемер содержит излучатель 1ультразвука, измерительный приемноусилительный блок 2, опорный приемноусилительный блок 3, опорный преобразователь 4, состоящий из КБ-триг 40 гера 5, элемента И 6, двоичного счетчика 7, регистра 8, первого управляемого делителя 9 частоты с переменнымкоэффициентом деления, измерительныйпреобразователь 1 О, состоящий иэ45 КБ-триггера 11, элемента И 12,счетчика 13, регистра 14, второго управляемого делителя 15 частоты с переменным коэффициентом деления,генератор 16 тактовых импульсов, делитель50 17, Т-триггер 18, третий 9 и четвертый 20 управляемые делители частотыс переменными коэффициентами деления,раверсивный счетчик 21, пятый 22 ишестой 23 управляемые делители частоты с переменными коэффициентамиделения,Излучатель 1 ультразвука акустически связан с приемно-усилительными блоками 2 и 3. Выход блока 3 под55 5 64 ключен к вторым входам.преобразователей 4 и 1 О, а выход блока 2 - к первому входу преобразователя 10 Третьи входы преобразователей 4 и 10 соединены с выходом генератора 16 тактовых импульсов, к которому также подключен вход делителя 17 частоты, выход которого подсоединен к Т-входу Т-триггера 3, прямой выход которого связан с четвертым входом опорного преобразователя 4, а инверсный выход с четвертым входом измерительного преобразователя О, Выход измерительного преобразователя 1 О соединен с делителем 19, обеспечивающим коррекцию масштабирующего коэффициента М уровнемера. Выход делителя 9соединен с входом управляемого делителя 20, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 21, выходы которого связаны с выходами уровнемера и управляющим входом делителя 22.Частотный вход делителя 22 соединен с выходом опорного преобразователя 4, а выход делителя 22 с частотным входом управляемого делителя 23, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика.Управляющие входы делителей 20 и 23 соединены один с другим и с цифровым входом уровнемера, обеспечивающим установку требуемого коэффициента сглаживания паразитных колебаний уровня.В опорном преобразователе 4 Б- вход и К-вход триггера 5 соединены соответственно с первым и вторым .входами самого преобразователя 4, прямой выход триггера 5 подключен к первому входу элемента И 6 и нулевому установочному входу счетчика 7, выходы которого соединены с информационными входами регистра 8, вход синхронизации которого подключен к инверсному выходу триггера 5, Выходы регистра 8, соединены с управляющими входами делителя 9, частотный вход которого подсоединен к четвертому входу самого преобразователя 4, Последний разряд счетчика-делителя управляемого делителя 9 подключен к . Я-входу ВЯ-триггера.Измерительный преобразователь 10 .выполнен аналогично опорному преобразователю 4 за исключением того, что в нем отсутствует связь между выходом последнего разряда счетчика 3941делителя второго управляемого делителя частоты и Я-входом КЯ-триггера.5Уровнемер работает следующим образом.Излучательультразвука периодически возбуждается на собственнойрезонансной частоте импульсами, которые образуются в результате делениячастоты Г генератора 16 тактовыхо .импульсовделителем 17 и счетчикомделителем управляемого делителя 9.Возбужденные ультразвуковые колебания достигают приемно-усилительныхблоков 2 и 3, где преобразуются вэлектрические сигналы, которые послеусиления воздействуют на преобразователи 4 и 10. Момент прихода ультра звуковой волны на измерительный приемно-усилительный блок 2 определяется значением измеряемого уровня, ана приемно-усилительный блок 3 - ба 1зовым расстоянием. Значение уровня 25 измеряется относительно места положения опорного приемно-усилительного блока 3.Рассмотрим работу преобразователя 4.30 Триггер 5 каждый цикл посылки зондирующего импульса устанавливаетсяодновременно с возбуждением излучателя 1 ультразвука импульсом с выхода последнего разряда счетчика-делителя управляемого делителя 9 в состояние .При достижении ультразвуковой,волной опорного приемно-усилительного блока 3 триггер 5 опрокидывается 4 О в состояние О сигналом с выходаблока 3, Стробы с выхода триггера 5поступают на первый вход элементаИ 6, на второй вход которого поступают импульсы генератора 16 тактовых 45 импульсов Г, Выход элемента И 6 подсоединен к суммирующему счетчику 7,который каждый цикл устанавливаетсяв нулевое состояние передним фронтомимпульса с триггера 5.50 .Таким образом, на суммирующемсчетчике 7 каждую посылку зондирующего импульса регистрируются число,пропорциональное базовому расстоянию Ы= Р Т 1где Р - частота генератора тактовыхОимпульсов;Т =гРЬ(С) . 2 ОФФ 1 Н - время прохождения ультразвуковой волны от излучателя 1до опорного приемно-усилительного блока 3.Это число по окончании счета переносится в регистр 3 и хранится в нем до конца следующего цикла, определяя значение переменного коэффициента деления управляемого делителя 9 час тоты,На частотный вход управляемого делителя 9 поступают импульсы частоты Р , поделенной ш разрядным делителем 17 и триггером 13 в 2раз. 15 Таким образом, на выходе преобразователя 4 образуются импульсы частотыгРо 11 н РоН20 где и, ш - числа разрядов делителей 9 и 7 соответственно. Частоту импульсов зондирования выбирают исходя из конструктивных особенностей блоков 1 - 3 и расстояния между ними путем подбора числа 30 1разрядов ш делителя 7,Поскольку частота Г совпадает с частотой, снимаемой с младшего разряда счетчика-делителя управляемого частотного делителя 9, исключается ошибка от неравномерности распределения импульсов при преобразовании числа 1в частоту Г.Преобразователь 10 работает аналогично преобразователю 4. На его выходе Формируется частота где Т . - время прохождения ультразвуковой волны от измерительного приемно-усилительного блока 2 до опорного блока 3, котороепропорционально измеряемому уровню Ь.55 1Далее импульсы частоты г 1, поступают через делители 19 и 20 на суммирующий вход реверсивного счетчика 21. Частота импульсов на его входе определяется выражением/где М - масштабный коэффициент уровнемера, выставляемый с помощью движковых модульныхвыключателей или перемычек;К - коэффициент, подаваемый нациФровой вход 24, определяющий требуемый коэФФициентсглаживания паразитных колебаний уровня;и ш - числа двоичных разрядов де-4лителей 19 и 20 соответственно.Импульсы опорной частоты Г поступают через управляемые делители 22 и 23 на вычитающий вход счетчика 21 . Частота импульсов на вычитающем входе счетчика 21 определяется выраже- нием Рн 11 вых Ки+ ъ где 11 (1) - число на выходе счет 8 ЫХчика 21, передаваемоена выход уровнемера,Поскольку импульсы, подаваемые на четвертые входы опорного и измерительного преобразователей, поступают соответственно с прямого и инверсного выходов триггера 18, Фронты импульсных последовательностей Р (й), Р (1), на которые реагирует счетчик 21, всегда раздвинуты во времени, что обеспечивает нормальную непрерывную работу реверсивного счетчика 2 при одновременном поступлении сигналов Р (1), Г (С) на его выходы.Таким образом, числовое значение 11 к на выходе счетчика 21 определяется интеграломд 1=4 -а"оРешая совместно уравнения и перейдя к операторной Форме записи, полУчают г 2 ол+1+РоИК 21 (Р) -- о ---- 11(Р) х8 ЬВ Вне+Л 1, д2 Р,ИКН 1 И 1ф, - = --11(Р) 1+РТ Н 1+РТ10 1643941 Составитель П.ВасильковТехред Л.Олийнык Редактор М.Бланар Корректор С.Шекмар Заказ 1232 Тираж 432 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при. ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101 Формула изобретенияУльтразвуковой уровнемер, содержащий излучатель, опорный и измерительный приемно-усилительные блоки, опорный и измерительный преобразователи, каждый из которых включает последовательно соединенные триггер, схему И, счетчик и регистр, генератор тактовых импульсов, выход которо О го подключен к входам схем И, опорного и измерительного преобразователей и входу делителя, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью повышения быстродействия и динамической точности, в него введены Т-триггер, реверсивный счетчик, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой управляемые делители частоты с переменным коэициентом деления, при этом управляемые входы первого и второго делителей частоты соединены с выходами регистров опорного и измерительного каналов, соответственно входы через Т-триггер с выходом делителя, выход первого управляемого де-лителя частоты подключен к входутриггера опорного преобразователя,а также через пятый управляемый делитель к входу шестого управляемогоделителя частоты, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика. выход второго. управляемого делителя подключен через третий управляемый делитель частоты квходу четвертого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, подключенный выходомс управляемым входом пятого управляемого делителя частоты, кроме того управляемые входы четвертого и шестогоуправляемых делителей частоты соединены между собой, а вход "Запись"регистра опорного преобразователяк выходу триггера этого преобразователя.