Электронно-акустическое устройство измерения уровня жидкости
Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах. Устройство содержит блок управления 9, излучатель 2, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов 1, два приемника акустического сигнала 4, 5, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки 7, устройство вычисления скорости звука 6, отличающееся тем, что в структурную схему прибора дополнительно введен счетчик числа отражений 14, вход которого подключен к приемнику акустического сигнала, а выход - к устройству обработки информации. Счетчик числа отражений 14 позволяет определить, сколько раз акустический сигнал был отражен от поверхности жидкости. Посылаемый излучателем 2 сигнал отражается от границы сред и возвращается к приемнику 5. Одновременно часть сигнала отражается от прибора обратно в сторону жидкости, отражаясь от которой обратно возвращается к приемнику 5. Данный процесс повторяется до тех пор, пока сигнал не затухнет ниже уровня, необходимого для срабатывания компаратора. Использование для вычисления уровня времени n-ного отражения уменьшает относительную погрешность прибора при измерении малых расстояний от прибора до границы сред. Регистрация n-ного отражения позволяет применять недорогую низкочастотную элементную базу, в отличие от устройств, принимающих первое отражение.
Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах.
Известны электронно-акустические устройства для измерения расстояний, основанные на фиксации времени распространения посланного и отраженного акустических импульсов в направлении контролируемого расстояния [Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы и средства измерения расстояний в воздушной среде, М., Энергия, 1973 г.; патент RU №20527686 G 01 В 17/00, 1996; полезная модель RU №7492, G 01 B 17/00, 1998; полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Известны также уровнемеры, принцип которых основан на отражении акустического сигнала от контролируемой жидкости [патенты SU №1530927, G 01 F 23/28, 1989, SU №1813203, G 01 F 23/28, б.и. №16, 1993]
Прототипом заявляемой полезной модели является электронно-акустическое устройство [полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Недостатком указанного устройства является сложность и невысокая точность измерений малых расстояний от прибора до жидкости. Действительно, малое расстояние от прибора до жидкости требует применения высокочастотной электроники и акустики, что усложняет устройство и увеличивает относительную погрешность прибора.
Поставлена задача повышения точности измерения при минимальных расстояниях от прибора до жидкости путем измерения времени прохождения многократно отраженного акустического сигнала от жидкости и прибора.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов и два приемника, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, согласно полезной модели, дополнительно в структурную схему прибора введен счетчик числа отражений, вход которого подключен к приемнику акустического сигнала, а выход - к устройству обработки информации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на рис.1 изображена структурная схема предложенного устройства, на рис.2 диаграмма принимаемых импульсов.
Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измерительной трубы (волновода) 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 4 и отнесенный от него на фиксированное расстояние «d»
дополни тельный приемник акустического сигнала 5. Выходы приемников акустического сигнала 4 и 5 подключены к устройству вычисления скорости звука в среде 6 и электронному устройству обработки 7, выход которого подключен к индикатору 8 и блоку управления 9. Приемники 4,5 также подключены к счетчику числа отражений 14. Устройства 1,2,4-9,14 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 10. Волновод установлен в баке или водоеме 11.
Измерение n-ного отражения позволяет в n раз увеличить разрешающую способность прибора, а следовательно и точность. Пусть С - скорость звука, Н-расстояние от прибора до жидкости. Время Тn от посылки импульса до принятия n-ного отражения. будет:
Пусть прибор имеет разрешающую способность 
Тпр. Из (1) вытекает, что во сколько раз больше n, во столько раз меньше влияние Тпр на измерение
На рисунке 2 приведена диаграмма принимаемых импульсов. Посылаемый излучателем 2 сигнал Uизл отражается от границы сред 13 и возвращается к приемнику 5. Приемник 5 регистрирует сигнал U1. Одновременно часть сигнала отражается от прибора обратно в сторону жидкости, отражаясь от которой обратно возвращается к приемнику 5. Приемник регистрирует сигнал U 2. Данный процесс повторяется до тех пор, пока сигнал не затухнет ниже уровня, необходимого для срабатывания компаратора. Уровень срабатывания компаратора указан горизонтальной пунктирной чертой. Электронное устройство обработки 7 фиксирует время последнего срабатывания компаратора Тn, а счетчик числа отражений 14 фиксирует его номер n. Расстояние Н определится по формуле
Скорость звука С можно вычислить согласно полезной модели RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002.
Устройство позволяет повысить точность измерения уровня жидкости при измерении малых расстояний от прибора до контролируемого уровня жидкости. Применение устройства эффективно для измерения уровня в полностью заполняющихся емкостях, небольших баках, а также при измерении уровня агрессивных сред.
Электронно-акустическое устройство измерения уровня жидкости, содержащее блок управления, излучатель, вход которого подключен к выходу генератора импульсов, два приемника акустического сигнала, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, отличающееся тем, что в структурную схему прибора дополнительно введен счетчик числа отражений, вход которого подключен к приемнику акустического сигнала, а выход - к устройству обработки информации.
