Электронно-акустическое устройство измерения уровня жидкости и длины труб
Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах. Устройство содержит излучатель 2, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов 1, два приемника акустического сигнала 4, 5, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к устройству вычисления скорости звука 6 и к электронному устройству обработки 7, индикатор 8 и клавиатуру 9 отличающееся тем, что в структурную схему прибора дополнительно введен блок управления чувствительностью приемников 14, вход которого подключен к генератору импульсов 1, а выход - к приемникам 4,5. Изменяя уровень срабатывания компаратора в течение измерения можно увеличить диапазон измеряемых уровней, так как при постоянном уровне срабатывания компаратора возникает ситуация, когда сигнал, отраженный от близкорасположенной от измерителя окалины, грязи или шероховатости трубы 15, может быть с большим уровнем, нежели сигнал, отраженный от удаленной границы сред.
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 №2052768б 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 небольшой диапазон измеряемых длин. Действительно способ регистрации отраженного сигнала с помощью компаратора не позволяет достичь высокой чувствительности: отраженный сигнал от окалины, грязи или шероховатости трубы, расположенной близко к измерительному прибору может оказаться значительно сильнее, чем отражение от более удаленной границы сред измеряемого уровня жидкости и может вызвать ложное срабатывание компаратора.
Поставлена задача увеличения диапазона измерения уровня жидкости путем учета реальных условий распространения акустического сигнала.
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 введен блок управления чувствительностью приемников.
Сущность полезной модели поясняется на рисунке 1, где изображена структурная схема предложенного устройства. На рисунке 2 - зависимость мощности принимаемого сигнала, отраженного от границы сред от времени t, на рисунке 3 - 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» дополнительный 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. Управляется прибор с помощью клавиатуры 9, которая подключена к устройству обработки 7. В устройство согласно полезной модели добавлен блок управления чувствительностью приемников 14, выход которого подключен к входам управления чувствительностью приемников. Сигнал с генератора 1 также поступает в блоки 6, 7, 14 для задания начала времени распространения звука в волноводе. Устройства 1, 2, 4-9, 14 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 10. Волновод установлен в баке или водоеме 11.
Проходя по волноводу, акустический сигнал 12 отражается от границы сред 13 и возвращается к приемникам 4,5. Одновременно часть сигнала отражается от окалины, грязи или шероховатости трубы 15 и также возвращается к приемникам. При близком расположении к измерителю препятствия 15 мощность отражения от последнего может быть больше, чем от границы сред 13, находящейся на значительном удалении. Таким образом, рассматривая с помощью компаратора только амплитуду принимаемого сигнала при большом диапазоне измерений невозможно однозначно определить границу сред.
Для определения границы сред в большом диапазоне измеряемых уровней предлагается использовать блок управления чувствительностью 14. Зависимость мощности принимаемого сигнала Р, отраженного от границы сред 13 от времени прохождения t, которое непосредственно связано с уровнем измеряемой жидкости Н имеет следующий вид:
где k - коэффициент отражения мощности от границы сред
P0 - излучаемая излучателем 2 мощность
- коэффициент поглощения среды, зависящий от температуры, влажности, давления и состава воздуха.
Зависимость мощности принимаемого сигнала от времени t, зависящего от уровня Н, показана на рисунке 2 жирной линией. Если изменять уровень срабатывания компаратора, как показано на рисунке 2 пунктирной линией, можно избежать срабатываний при отражении от ложных препятствий 15. Блок управления чувствительностью 14 формирует опорный сигнал для компараторов приемников по закону (1), с уровнем меньше около 20%, необходимым для четкой регистрации отраженного от границы сред импульса. Таким образом, отражение от препятствия 15 (U пр
на рисунке 3) не вызывает срабатывания компаратора, так как в момент прихода импульса уровень срабатывания компаратора слишком высок, однако чуть позже меньший по уровню полезный сигнал Uотр будет принят.
Процесс измерения выглядит следующим образом. Генератором 1 и излучателем 2 формируется излучающий импульс, одновременно с ним блок управления чувствительностью начинает формировать опорное напряжение (уровень) для срабатывания компараторов приемников 4, 5, как было сказано выше. Учитывая, что коэффициенты в (1) зависят от условий среды не более чем на 10%, можно внести их в устройство управления чувствительностью как постоянные коэффициенты. Также для значительного упрощения устройства можно использовать несколько дискретных значений опорного напряжения компаратора, последовательно уменьшая их со временем. В момент работы излучателя 2 срабатывания компаратора приемника игнорируются, иначе сигнал, сразу принимаемый прибором, вызовет срабатывание. Сам процесс измерения проходит согласно полезной модели RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002 или более ранних.
Устройство позволяет расширить диапазон измерения уровня жидкости Применение устройства также эффективно для измерения длины труб.
Электронно-акустическое устройство измерения уровня жидкости, содержащее генератор импульсов, выход которого подключен к излучателю, два приемника акустического сигнала, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки и устройству вычисления скорости звука, индикатор и клавиатуру, подключенные к устройству обработки, отличающееся тем, что в структурную схему прибора дополнительно введен блок управления чувствительностью приемников, вход которого подключен к генератору импульсов, а выход - к приемникам акустического сигнала.
