Ультразвуковой уровнемер

 

Изобретение относится к технике измерения уровня с помощью ультразвука . Цель изобретения - повышение точности и упрощение конструкции. Длительность формирования логического нуля на выходе схеьы 6 запирания приемника фиксирована и обратно пропорциональна максимально возможной скорости распространения ультразвука в диапазоне рабочих температур и акустической плотности контролируемой среды. Лобая импульснг1я помеха, возникающая из-за наличия акустических шумов в измеряемой среде, в интервалах между импульсами возбуждения, формируемыми генератором 2, принимаемая злектроакустическим преобразователем 3, не нарушает работоспособность устр-ва и достоверность измерительной информации. 2 ил. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (51) 4 G О 1 F 2 3 / 2 8

ЖЛЖ10311- Я

1 с (,-; з,"„4 ),,, ° ).,1 <)

1: -

I .".." РК ) Е:(л

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3964658/24-10 (22) 15.10.85 (46) 07.01.88. Бюл. У 1 (71) Среднеазиатский научно-исследовательский институт ирригации им. В.Д. Журина (72) А.А. Азимов и С.Д. Зусман (53) 681.128.82 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 634114, кл. С 01 F 23/28, 1978.

Авторское свидетельство СССР

У 1012030, кл. С 01 F 23/28, 1983. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР (57) Изобретение относится к технике измерения уровня с помощью ультразву» ка. Цель изобретения - повышение точности и.упрощение конструкции. Длительность формирования логического нуля на выходе схема 6 запирания приемника фиксирована и обратно пропорциональна максимально возможной скорости распространения ультразвука в диапазоне рабочих температур и акустической плотности контролируемой среды. Любая импульсная помеха, воэ1 никающая из-за наличия акустических шумов в измеряемой среде, в интервалах между импульсами возбуждения, формируемыми генератором 2, принимаемая электроакустическим преобразователем 3, не нарушает работоспособность устр-ва и достоверность измерительной информации. 2 ил, 1364889 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 преобраэует10 ся пьезоэлементом 3 в акустический, излучается, частично отражается от отражателя 4 кольцеобразной формы, принимается также пьезоэлементом 3 и, пройдя через схему 5 запрета и эле1< 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 импульсной помехи. При этом первый импульс, появившийся на выходе схемы 5 запрета, установит на выходе третьего триггера 15 формирования стробы "0"

25 и запретит дальнейший подсчет импульсов от генератора 23 стабильной частоты третьим счетчиком 16, тем самым завершив измерение времени, необходимого для прохождения ультразвуком

30 удвоенного расстояния от пьезоэлемента 3 до отражателя 4, которое может быть выбранным, в частности, равным

2 by 10 см.

Таким образом, в дополнительном

3 канале осуществляется циркуляция освобожденных от помех импульсов, период следования которых обратно пропорционалеН скорости распространения ультразвука в контролируемой среде и

40 равен

При включении уровнемера на выходе триггера 21 управления устанавливается логический "0", 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 счетчик 14 к счету импульсов, а пройдя через элемент 20 задержки, одновременно устанавливает третий триггер

15 формирования строба в единичное

2Ь6

Т

6 С

Изобретение относится к технике измерения уровня с помощью ультразвука и может быть применено, в частности, для измерения уровня потока воды в каналах гидромелиоративных систем.

Цель изобретения — повышение точности и упрощение конструкции.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства; на фиг. 2 — временная диаграмма работы устройства.

Устройство размещено в резервуаре 1 с исследуемой жидкостью и содержит генератор 2 импульсов возбуждения, обратимый электроакустический преобразователь 3, отражатель 4 кольцеобразной формы, компенсационный канал, первую схему 5 запрета, схему 6 запирания приемника, элемент ИЛИ 7, измерительный канал, состоящий из приемного пьезоэлемента 8, приемного устройства 9, второй схемы 10 запрета, первого триггера 11 формирования строба н первого счетчика 12 импульсов. Кроме того, устройство содержит второй триггер 13 формирования строба, соединенный с разрещающим входом второго счетчика 14 импульсов, третий триггер 15 формирования строба, третий счетчик !6 импульсов, вычислитель )7, индикатор

18, генератор 19 тактовых импульсов, элемент 20 задержки, триггер 21 управления, формирователь 22 и генератор 23 стабильной частоты. где h — расстояние от пьезодатчика

45 3 до отражателя 4

С вЂ” скорость ультразвука в измеряемой среде.

Причем одновременно осуществляется подсчет количества циркулирующих импульсов N счетчиком 14. Подсчет импульсов осуществляется до тех пор, пока на приемный элемент 8 не поступит первый импульс возбуждения, про55 шедший через Измерительный канал.

Усиленный приемным устройством 9 сигнал, пройдя вторую схему 10 запрета, установит на выходе второго триггера

13 формирования строба "0", запретит

364889

Из (3) видно, что для реализации алгоритма измерения уровня необходимо измерить время t „. Аппаратурное измерение времени t„ осуществляется с помощью триггера ll 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 момента 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 (N+1)

) а измерение времени Т g осуществляется третьим счетчиком 16. Обработка результатов измерения по формуле (3) осуществляется вычислителем 17, результат вычисления которого индицируется индикатором 18, з 1 тем самым счет импульсов возбуждения вторым счетчиком 14 °

Формула измерения уровня имеет вид

Н С(Т 11+(т е ))/2, (2) где N — - целое число временных интервалов Т„, формируемых калиброванным каналом, длительность которых определяется акустической плотностью измеряемой среды, укладывающихся во время измерения;

t„. — время между принятым эхо сигналом и последующим импульсом возбуждения (фиг.2), Выразив скорость ультразвука в (2) из соотношения (1), после подстановки получим

И-1 ((N+I)- — — 3 . (3) б

При переходе триггера ll формирования строба из состояния "1" в "0" формирователь 22 вырабатывает им пульс, поступающий на запрещающий вход триггера 21 управления, "0" на выхопе которого запрещает работу первой и второй схем запрета. На этом процесс измерения эаканчиваетСчетчик 14 предназначен для счета величины N+1 N — целое число временных интервалов, формируемых калиброванным каналом, укладывающихся во время измерения.

Для измерения величины временного интервала Т, формируемого третьим °

RS-триггером 15 формирования строба, 10 предназначен счетчик 16. На S-вход третьего RS-триггера 15 формирования строба поступает сигнал от генератора 19 тактовых импульсов, прошедший через элемент 20 задержки, предназна15 ченныи для устранения эффекта "гонок и состязаний", который может возникнуть при одновременной подаче импульса установки в нулевое состояние с импульсом 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 16 и начала импульса разрешения счета счетчиком 16 формируемого третьим

RS-триггером 15 формирования строба.

Формирование интервала Т третьим

RS-триггером 15 формирования строба

30 завершается с появлением на выходе первой схемы 5 запрета импульса принятого эхо-сигнала, прошедшего калиброванный канал.

Схема 5 запрета представляет co3r бой трехвходовый элемент И, на один из входов которого поступает импульс со схемы 6 определения импульсной помехи, представляющей собой ждущий одновибратор. Появление логического

40 нуля на выходе последнего совпадает с началом формирования импульса возбуждения, формируемого генератором

2 импульсов возбуждения . Длительность формирования логического нуля

45 на выходе схемы 6 запирания приемника фиксирована и обратно пропорциональна максимально возможной скорости распространения ультразвука в диапазоне рабочих температур и акустической плотности контролируемой среды. Таким образом, любая импульсная помеха, возникающая из-за наличия акустических шумов в измеряемой среде, в интервалах междуимпульсами возбуждения, формируемыми генератором 2, принимаемая пьезоэлементом 3, не нарушит работоспособность предлагаемого устройства и достоверность измерительной .информации.

1364889

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 и . 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 совмещен с излучателем и приемником дополнительного компенсационного канала, 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 соединен с. генератором, со счетным входом второго счетчика и с запрещающим входом первого триггера формирования

r> строба, выход последнего подключен к управляющему входу первого счетчика и одновременно к формирователю, выход которого подключен к запрещающе му входу триггера управления, а второй вход которого соединен с генератором тактовых импульсов, причем выход триггера управления подключен к первой и второй схемам запрета, при этом выход второй схемы запрета подсоединен одновременно к разрешающему входу первого триггера формирования строба и к запрещающему входу второго триггера формирования строба, а разрешающий вход последнего подключен к генератору тактовых импульсов, выход первой схемы запрета coei динен также с запрещающим входом третьего триггера формирования стро25 ба, разрешающий вход которого подключен к выходу элемента задержки, а выход третьего триггера формирования строба присоединен к управляющему входу третьего счетчика, выход гене30 ратора тактовых импульсов соединен 1 также с обнуляющими входами всех счетчиков, а к счетным входам первого и третьего подключен генератор стабильной частоты, при этом выходы всех счетчиков .соединены с вычис лителем, выход которого подключен к индикатору.

1364889

Редактор П. Гереши

Заказ 6579/32 Тираж 717

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

015 г

Dg us

013 и

Составитель И. Некрасов

Техред М.Дидык Корректор И. Муска