Способ измерения уровня жидких сред в резервуарах
Способ используется в автоматике и измерительной технике для измерения уровня жидких сред в резервуарах. В резервуар по его высоте, где размещен в жидкой среде первый волновод, помещают дополнительно второй и третий волноводы. Во всех волноводах возбуждают упругие продольные волны нулевого порядка и принимают их после прохождения по волноводам. Измеряют уровни интенсивности упругих волн в попарно выбранных волноводах "второй-первый" и "второй-третий" или "первый-третий" и "второй-третий" и находят отношение относительных уровней интенсивности продольных упругих волн для выбранных пар. Второй волновод изолирован от жидкой среды, а третий контактирует с жидкой средой по всей длине. Повышена точность измерений за счет снижения погрешностей, вызываемых непостоянством параметров жидкой среды и нестабильностью частоты генератора возбуждения. 1 ил.
Изобретение относится к автоматике и измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидких сред в резервуарах в теплоэнергетической, нефтяной, химической и других отраслях промышленности.
Известен способ измерения жидких сред в резервуарах, когда в них размещают акустические излучатель и приемник, излучают в направлении контролируемой поверхности раздела сред ультразвуковую волну, принимают отраженную волну и измеряют суммарное время прохождения ультразвуковой волны от излучателя до границы раздела сред и от границы раздела сред до приемника [Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука. - М.: Энергия, 1970 г.-80 с. (Б-ка по автоматике. Вып.459)]. Недостатком способа является значительная погрешность измерения из-за непостоянства параметров среды, в которой распространяется ультразвуковая волна. Наиболее близким техническим решением к изобретению является способ измерения уровня теплоносителя в резервуаре, когда в последний помещают металлический волновод, контактирующий с жидкостью по ее высоте, возбуждают на одном конце волновода продольную упругую волну нулевого порядка, принимают отраженную от другого конца волновода упругую волну и определяют уровень интенсивности отраженной упругой волны [Мельников В.И., Усынин Г.Б. Акустические методы диагностики двухфазных теплоносителей ЯЭУ. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г. - 168 с.]. Недостатком способа является то, что на результат измерения влияют непостоянство параметров теплоносителя и нестабильность частоты генератора, возбуждающего в волноводе продольную упругую волну нулевого порядка. Для достижения технического результата - повышение точности измерения уровня жидких сред в резервуарах за счет снижения погрешностей, вызываемых непостоянством параметров жидкости и нестабильностью частоты генератора возбуждения возбуждают продольную упругую волну нулевого порядка на одном конце металлического первого волновода, размещенного в жидкой среде по высоте резервуара, принимают после прохождения по волноводу упругую волну, отраженную от другого защемленного конца первого волновода, и определяют уровень интенсивности упругой волны в месте приема, возбуждают и принимают так же, как и в первом волноводе, продольные упругие волны нулевого порядка во втором и третьем, дополнительно устанавливаемых в резервуарах по его высоте, волноводах, определяют уровни интенсивности в каждом из них отдельно, вычисляют относительные уровни интенсивности упругих волн у приемных концов попарно выбранных волноводов - "второго- первого" и "второго-третьего" или "первого-третьего" и "второго- третьего" и находят отношение относительных уровней интенсивности продольных упругих волн для выбранных пар, причем второй волновод изолирован от жидкой среды, а третий контактирует с жидкой средой по всей длине. При распространении по волноводу продольных упругих колебаний в последнем, кроме затухания собственно в материале волновода, имеет место дополнительное затухание упругих волн, вызванное излучением волны поверхностью волновода в среду, где он размещен. При возбуждении продольных волн нулевого порядка с одного конца в трех металлических идентичных волноводах длиной L0 и приеме отраженных от другого конца их упругих волн, причем первый волновод помещен в жидкую среду на глубину L (L![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/8773.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
B2= ln(U2/U0) = ln(k1
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
B3= ln(U3/U0) = ln(k1
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/945.gif)
![](https://img.poleznayamodel.ru/chr/183.gif)
Отношения относительных уровней интенсивности для пар волноводов "второй-первый" и "второй-третий" или пар волноводов "первый-третий" и "второй-третий" будут соответственно равны:
Q1=[B2 - B1)/(B2 - В3)] = L/Lo (7)
Q2=[B1 - В3)/(В2 - В3)] = 1- (L/Lo) (8)
и при идентичных параметрах трактов излучения и приема всех трех волноводов отношение уровней интенсивности выбранных пар волноводов обеспечивают независимость показаний уровнемера от параметров контролируемой среды и стабильности частоты генератора возбуждения упругих волн в волноводах. На чертеже представлена структурная схема уровнемера, реализующего способ. Уровнемер содержит три одинаковых волновода 1, 2 и 3 длиной Lo, каждый из которых помещен в корпуса 4, 5 и 6, причем волновод 1 контактирует с жидкой средой, уровень L которой измеряется. Это обеспечивается перфорацией корпуса 4. Волновод 2 изолирован от жидкой среды, а волновод 3 контактирует с жидкой средой по всей длине Lo, что обеспечивается конструкцией корпусов 5 и 6. Корпуса 4, 5 и 6 с волноводами 1, 2 и 3 размещены в резервуаре 7. Возбуждение упругих волн в волноводах и их прием осуществляется совмещенными преобразователями 8 (преобразователи 8 работают попеременно сначала в режиме возбуждения продольных волн, затем в режиме приема отраженных волн), которые запитываются от генератора возбуждения 9. Каждый канал приема упругих волн, кроме преобразователя 8, работающего в режиме приема, содержит усилитель 10, запираемый на момент возбуждения упругих волн в волноводе для предотвращения перегрузки, и блок логарифмирования 11. Сигналы с выхода блоков 11 поступают в блок вычисления 12 отношения относительных уровней интенсивности. Уровнемер работает следующим образом. Импульсы напряжения Uo от генератора 9 возбуждают с помощью преобразователей 8 в волноводах упругие продольные волны нулевого порядка, каждая из которых при распространении вдоль волновода до защемленного конца и обратно испытывает дополнительные затухания, определяемые акустическим сопротивлением среды (жидкость или газ) и размерами поверхности (длиной) волновода, контактирующей с жидкой средой. Отраженные от защемленных концов волноводов упругие волны преобразователями 8, работающими в режиме приема, преобразуются в напряжения, которые после усиления в усилителях 10 (U1, U2 и U3) и логарифмирования в блоках 11 (B1, B2 и В3) поступают на входы блока 12, где обрабатываются по одному из алгоритмов (7) или (8). Источники информации
1. Бабиков О. И. Контроль уровня с помощью ультразвука. - М.: Энергия, 1970 г. - 80 с. (Б-ка по автоматике. Вып. 459). 2. Мельников В.И., Усынин Г. Б. Акустические методы диагностики двухфазных теплоносителей ЯЭУ. - М.: Энергоатомиздат, 1987 г. - 168 с.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1