Акустическая система непрерывного измерения уровня и расхода

(51) 5 ЗОБРЕ ПИСАНИ К ПАТЕ Н франовский,и С.В. Соко 4.145,014, тво СССР МА НЕПРЕНЯ И РАСшение помехоС) рения в сложи повышение зрывоопасных уктурная схеиг,2 - эпюры ьная система ющих импульк взрывозащикустическим рому прикрепГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР(54) АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТ РЫБНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УР ХОДА(57) Применениеизмерению и копучих сред, а такустическим сптема позволяетвость, а, следоточность измерэксплуатации зационных сигналкопления и зап: изобретение относится кнтролю уровня жидких и сыакже расхода жидких сред особом, Акустическая сисповысить помехоустойчи-, вательно, надежность и ения в сложных условиях счет. выделения информаов на фоне помех путем наоминания их амплитуды и . Изобретение относится к измерению и контролю уровня жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом,Изобретение относится к измерениям акустическими методами и может быть использовано при автоматическом дистанционном измерении и контроле уровня жидких и сыпучих, в том числе взрывоопасных, сред в различных отраслях промышленности, а также расхода жидкостей, например промышленных сточных вод в лотках и водосливах. временного местоположения, а также позволяет расширить область применения за счет обеспечения возможности контроля взрывоопасных сред, Сущность изобретения заключается в том, что акустическая система содержит генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, обратимый электроакустический преобразователь, эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управления. Новым в акустической системе является то, что вычислитель содержит квантователь, накопитель, задатчик начальник условийнакопления, пороговый селектор, блок задачи режима, определителя местоположения Я информационного и эталонного сигналов на временной оси, блок преобразования сигна- Щ ла уровня в сигнал расхода, аналого-цифра- ( вой преобразователь температуры и имитатор эталонного сигнала. Кроме того, с целью повышения безопасности при контроле взрывоопасных сред система содержит блок взрывозащиты и узел ф гальванической развязки, 2 ил. СОюфана Цель изобретения - павы устойчивости и точности изм ных условиях эксплуатации безопасности при контроле в сред,На фиг. 1 представлена ст ма акустической системы; на напряжений,Акустическая измерител содержит генератор зондиру сов 1, соединенный через бло ты 2 с электроа преобразователем 3, к котолен на строго определенномрасстоянии от. излучающей поверхности рефлектор для создания эталонной базы в акустическом тракте-.эталонного акустического канала 4,Создание эталонной базы в акустиче. ском тракте необходимо для непрерывного измерения скорости звука в нем;что, в свою очередь, позволяет автоматически исключать влияние на показания прибора различных дестабилизирующих факторов таких, как температура, влажность, давление, состав газовой среды и др,В связи с этим на входе усилителя 5 помимо отраженного сигнала, несущего информацию об уровне, присутствует эталон 15 ный сигнал, несущий информацию о скорости звука в газе, К электроакустическому преобразователю 3 через блок взрывоза щиты подключен вход Свою очередь содержит квантователь 7, накопитель 8, пороговый селектор 9, задэтчик начальных условий накопления 10,. определитель 11 местоположения эталонного сиг нала на временной оси, определитель 12 местоположения информационного сигнала на временной оси, коммутатор 13,блок определения масштаба 14, формирователь выходного сигнала 15; блок преобразо вания сигнала уровня в сигнал расхода 16, блок задачи режима 17, генератор стробирующих импульсов 18, генератор тактовых импульсов 19, аналого-цифровой преобразователь 20 температуры акустического кэнала, имитатор эталонного канала 21 и де Шифраор 22. В ычислител ь 6 связан через узел гальванической развязки 23 с выходным устройством 24. Измерительная систе 40 ма содержит также блок управления 25 и цифровой индикатор 26 Электроакустический преобразователь 3 расположен на резервуаре 27 с контролируемой средой. Выходом измерительной системы, помимо цифровой индикации, является аналоговый сигнал постоянного тока и две уставки сигнализации.Акустическая измерительная система работает следующим образом, Перед нэчалом работы с помощью блока управления 25 50 системе задаются исходные данные: диапазон измерения (любой из нормального ряда от 0-0,4 до 0-40,0 м), значение выходного тоКового сигнала (одно из трех значений;0 - 5, 0-20, 4-20 мА), функция выходного сигнала (устанавливается линейная зависимость выходного сигнала от уровня при измерении уровня или линейная зависимость выходного сигнала от расхода при измерении расхода жидкости, протекаюусилителя-формирователя 5, выход которого.соединен с вычислителем 6, который в щей через канал в зависимости от его профиля), режим работы (уровнемер или дальномер), значения верхней и нижней уставок сигнализации, параметр цифрового индикатора (метрыили проценты), режим измерения (с эталонным Каналом или с термометром сопротивления), Блок управления 25 представляет собой кнопочный или галетный переключатель и управляет блоком задачи режима 17, который в свою очередь управляет всеми основными узлами вычислителя 6. Основой вычислителя 6 является микропроцеСсор типа К 1821 ВМ 85, объем ПЗУ - 6 кБ (на микросхемах типа К 573 РФ 5), ОЗУ -4 кБ (на микросхемах типа К 537 РЗ 10),. Основными функциями вычислителя являются выделение информационных сигналов на фоне помех и формирование выходного сигнала уровнемера (расходомера, дальномера) в цифровом виде, Кроме того, у вычислителя имеются дополнитель-. ные функций, такие как формирОвание тактовых импульсов, формирование стробируащих импульсов, дешифрация выходного сигнала в семисегментный код, а также преобразование линейной зависимости выходного сигнала от уровня в степенной ряд (при измерении расхода). Кроь 1 в названного микропроцессора с памятью для реализации указанных функций в состав вычислителя входит специализированная большая интегральная схема (СБИС).При включении питания генератор тактовых импульсов 19 вырабатывает прямоугольные импульсы 28 (фиг. 2) с определенной частотой повторения в зависимости от диапазона измерения, поступающие на вход генератора зондирующих импульсов, который вырабатывает, в свою очередь, зондирующие сигналы 29 в виде радиоимпульсов прямоугольной формы, поступающие на акустический преобразователь 3. Отраженные от уровня контролируемой среды импульсы 30 и частично отраженные от рефлектора в эталонном канале 4 импульсы 31, а также импульсная помеха 32, имеющаяся в акустическом тракте, поступают на вход усилителя-формирователя 5. На входе усилителя также присутствуют зондирующие сигналы 29. Усилитель-формирователь 5 представляет собой два параллельно действующих усилителя С обьединенными соответственно входами и выходами: усилитель информационного канала с автоматической регулировкой усиления и усилитель эталонного канала, Каждый из усилителей имеет соответствующие детекторы и коммутаторы для подключения стробирующих сигналов с выходов генератора стробирующих импульсов онных сигналов позволяет производить на 18. На один из входов усилителя информа- дежное измерение уровня в наиболее сложционного канала (на вх, 2 усилителя-форми- ных эксплуатационных условиях, напримеррователя) поступает стробирующий при измерении уровня сыпучих и кусковыхимпульс 33, запрещающий прохождение на 5 материалов, загрузка и выгрузка которыхвыход усилителя зондирующего импульса сопровокдается чрезвычайно большим29 и эталонного 31, а на один из входов уровнем шума(до 100 дБ) в широком спектусилителя эталонного канала (на вх. 3 усили- ре частот, а также большой запыленностьютеля-формирователя) поступает стробирую- и большими углами естественного откосащий импульс 34, запрещающий 10 контролируемого материала, что, в своюпрохождение на выход усилителя всех сиг- очередь, приводит к значительному умень налов, кромеэталонного 31. В результате на шению и флуктуации амплитуды информаобьединенном выходе усилителя-формиро- ционных сигналов,вателя 5 появляются нормализованные ви- Далее, с выхода порогового селектора 9деосигналы: информационные 36 15 сигналы 44 поступают на блоки 11 и 12. где(отраженные от уровня), эталонные 35 и сиг- определяется местоположение на временналы помехи 37, которые поступают на вход ной оси соответственно эталонного и инквантователя 7. На первый вход квантовате- формационного сигнала (сигналы 46 и 47). Вля 7 с выход блока задачи режимов 17 посту- блоке определения масштаба 14 операциейпают сигналы квантования 38, в результате 20 деления числа, соответствующего временичего на выходе квантователя 7 сигналы име- прихода информационного сигнала (47), нают вид: информационный сигнал 40, эталон- число, соответствующее времени приходаный сигнал 39, сигналы помехи 41. эталонного сигнала(46), вычисляется масшФункционирование последующих бло- таб времени прихода информационногоков вычислителя 6 осуществляется следую сигнала (48),щим образом. Сначала происходит Выходной сигнал прибора в цифровомвыделение информационных сигналов на видеформируется в блаке 15 в зависимостифоне помех. Для этого в накопителе 8 осу- от заданного режима работы измерительществляется суммирование всех приходя- ной системы, В режиме измерения уровнящих сигналов в одноименных интервалах 30 информация может быть сформированавремени за 32 периода тактовой частоты. пропорционально метрам (сантиметрам)Так как эталонные и информационные (от- или процентам отверхнего пределаизмерераженныеотуровня)сигналы представляют ния, В режиме измерения расстояния форсобой регулярные посылки, поступающие мируется сигнал, пропорциональныйна вход накопителя с определенной часто метрам (сантиметрам).той повторения, а сигналы помехи пред- Для выдачи информации на цифровойставляют собой хаотические сигналы, то заиндикатор 26 предусмотрен дешифратор 2232 периода накопления произойдет ампли- для преобразования сигналов в семисегтудное превышение эталонных и информа- ментный код, цифровой выходной сигнал сционных сигналов над сигналами помехи, 40 выхода формирователя 15 поступает наНа выходе накопителя 8 сигналы будут блок 16 преобразования сигнала уровня в, иметь вид 42. Затем порогом ограничения сигнал расхода. Если начальными условИя 43 в пороговом селекторе 9 выделяются сиг- ми предусмотрена работа измерительнойналы 44, амплитуда которых превысила 13 системы в режиме измерения уровня, тоединиц (т.е. сигналы в определенный мо цифровой выходной сигнал проходит блокмент времени присутствовали более чем в 16 без изменений и поступает на узел галь 13 периодах из 32). Для частичного сохране- ванической развязки 23,ния информации при переходе от одного Если предусмотрена работа системы вцикла накопления к другому в тех интерва- режиме измерения расхода текущей жидколах времени, где пороговым селектором 9 50 сти, то, в зависимости от профиля лотка илибыло зафиксировано наличие сигналов 44, водослива (через которые течет жидкость ивводятся начальные сигналы 45 амплитудой над которыми размещается электроакусти 5 единиц, которые с выхода задатчика на- ческий преобразователь 3), при помощичальных условий накопления 10 поступают блока управления 25 и, соответственно, блона первый вход наКопителя. 55 ка задачи режима 17 дается в блок 16 преВыделениесигналовэталонногоканала образования сигнала уровня в сигналпроисходит одновременно с выделениемрасхода соответствующая команда и цифинформационных сигналов(сигналы 44), ровой сигнал возводится в степень, наприТакой алгоритм накопления, запомина- мер в степень 32 для лотка типа Вентури,ния и выделения из фона помех информаци- в степень 5(2 для лотка, имеющего конусное сечение, или формируется другая зависимость, например синусоидальная для водосливов, имеющих трубное сечение,С блока задачи режима 17 в блок 16дается также команда на формирование 5цифровых сигналов, соответствующих двумуровням сигнализации.Перед поступлением:на узел гальванической развязки (основой которога можетбыть оптронная пара) выходной сигнал в 10блоке 16 преобразуется в последовательный код.цифровой сигнал, пропорциональныйуровню или расходу, с выхода блока 16 че. рез узел гальванической развязки 23 поступает на выходное устройство 24, Выходноеустройство представляет собой интегратори усилитель постоянного тока для формирования токового выходного сигнала, а такжедва релейных каскада для формирования 20двух уставок сигнализации (например верхнего и нижнего уровня).В рассматриваемой системе предусмотрено измерение уровня или расхода не только с эталонным каналом, но и без него - 25режим работы с термометром. В этом случаев акустический тракт вводится термометрсопротивления (конструктивно он можетбыть выполнен заодно с электроакустическим преобразователем 3), сигнал с которо. 30го, пропорциональный температуреакустического тракта, через узел взрывозащиты и аналого-цифровой преобразователь20 поступает на имитатор эталонного сигнала 21. Имитатор эталонного сигнала включается по соответствующей команде с блоказадачи режима 17, с которого также поступает соответствующая команда на коммутатор 13. В результате этого на блокопределения масштаба 14 через коммутатор 13 поступает имитируемый эталонныйсигнал, положение на временной оси которого определяется температурой в. акустическом тракте йзмерительной системы,:Блок взрывозащиты может быть выполнен в виде набора соответствующих ограничительных радиоэлементов (резисторов,стабилитронов) в токоведущих цепях, кбтбрые связывают электроакустический преобразователь 3 с генератором зондирующих 50импульсов 1, усилителем-формирователем 5и аналого-цифровым преобразователемтемпературы 20.Таким образом предлагаемая измерительная система позволяет повысить помехоустойчивость и точность измерения всложных условиях эксплуатации и повыситьбезопасность при контроле взрывоопасныхсред. Формула изобретения Акустическая система непрерывного измерения уровня и расхода, содержащая генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь; обратимый электроакустический преобразователь, эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управления, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью повышения помехоуСтойчивости и точности измерения за счет уменьшения влияния производственных шумов и повышения безопасности при контроле взрывоопасных сред, в нее дополнительно введены блок взрывозащиты и узел гальва нической развязки, причем первый вход блока взрывозащиты соединен с объединенными выходом генератора зондирующих импульсов и первым входом усилителя-формирователя, а второй вход блока взрывозащиты соединен с первым входоМ вычислителя, при этом первый и второй выходы блока взрывозащиты соединены с соответствующими . входаМи электроакустического преобразователя; а узел гальванической развязки включен между первым выходом вычислителя и входом выходного устройства, а вычислитель выполнен в виде квантователя, накопителя, порогового селектора, задатчика начальных условий накопления, определителя местоположения эталонного сигнала на временной оси, определителя местоположений информационного сигнала на временной оси, имитатора эталонного сигнала,.коммутатора, блока определения масштаба, формирователя выходного сигнала, генератора стробирующих импульсов, генератора тактовых импульсов, дешифратора блока преобразования сигнала уровня в сигнал расхода, аналого-цифрового преобразователя температуры и блока задачи режима, причем выход усилителя-формирователя через квантователь, накопитель и пороговый селектор соединен с объединенньчм входами определителя местоположения эталонного ситнала на временной оси и определителя местоположения информационного сигнала на временной оси, выходы которых соединены с соответствующими входами блока определения масштаба, причем вгяход определителя местоположения эталонного сигнала на временной оси соединен с входом блока определения масштаба через. коммутатор, выход порогового селектора через задатчик начальных условий накопления соединен также с первым входом накопителя, а выход блока определения масштаба соединен с первым входомформирователя выходного сигнала, выход блока управления соединен с входом генератора стробирующих импульсов. а выходы его соединены соответственно с вторым и третьим входами усилителя-формирователя, второй выход блока задачи режима через генератор тактовых импульсов соединен с генератором зондирующих импульсов, а третий - седьмой выходы соединены соот- ветственно с первым входом квантователя, вторым выходом формирования выходных сигналов, первым входом коммутатора, первым входом имитатора эталонного сигнала и первым входом блока преобразования сигнала уровня в сигнал расхода, а выход аналого-цифрового преобразователя температуры соединен с вторым входом имитато ра эталонного сигнала, выход которогосоединен с вторым входом коммутатора, при этом первый выход формирователя выходного сигнала через дешифратор соединен с цифровым индикатором, а второй 10 выход через блок преобразования сигналауровня в сигнал расхода и узел гальванической развязки соединен с выходным устройством,Составитель Л,Чеса Техред М.Моргентал Тираж ПодписноеГосударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-З 5, Раушская наб 4/5 водственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101