Ультразвуковой уровнемер

279986

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Респуолик

Зависимое от авт. свидетельства №

Кл. 42е, 34

Заявлено 10.IV. 1969 (№ 1325293/18-10) с присоединением заявки №

Комитет по делам изооретеиий и открытий при Совете Мииистров

СССР

МПК G 011 23/28

УДК 681.128.63 (088.8) Приоритет

Опубликовано 26.VIII.1970. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 24.XI.1970

Авторы изобретения

Г. Н, Новопашенный и В. А. Шкляев

ВСЕСОЮ2К. 4

l) Tpt. 7К- "(" !7",) БИБЛ14" . g ;.-:.- А

Заявитель

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВН ЕМЕР

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к уровнемерам ультразвукового типа, применяющимся в химической и атомной промышленности, гидрометаллургии для измерения уровня радиоактивных, взрывоопасных и сильно агрессивных жидкостей в емкостях и аппаратах, находящихся под давлением и при высокой температуре.

В известных ультразвуковых уровнемер ах, содержащих ультразвуковые датчики и измерительную схему, элементы датчиков соприкасаются с жидкостями или их парами и при замене датчиков необходимо прекращать технологический процесс, снимать давление и температуру в аппаратах, освобождать аппараты или емкости от жидкости. Кроме того, обязательна обмывка и дезактивация датчиков уровнемеров перед их демонтажом и после демонтажа.

Предлагаемый уровнемер не имеет этих недостатков, огличается от известных тем, что в нем датчик выполнен в виде двух спиральных электромагнитных линий задержки и ультразвукового излучателя, причем обе линии задержки снабжены шайбовыми изоляторами из пьезодиэлектрического материала и заключены в одну герметичную и плоскоовальную трубу, а ультразвуковой излучатель — в другую, Кроме того, для лучшего прохождения ультразвука в герметичных трубах с линиями задержки и излучателем размещены эластичные трубки, закрытые с одного конца и соединенные с источником сжатого воздуха, прижпмающие по всей длине соответственно изоляторы линий задержки и излучатель к рабочей поверхности труб, На фиг. 1 представлена конструкция пред1О лагаемого уровнемера; .на фиг. 2 — его блоксхема; на фиг. 3 — общий вид датчика уровнемера; на фпг. 4 и 5 — план и разрезы датчика уровнемера.

Датчик содержит две спиральные электро15 магнитные линии.1 и 2 задержки и ультразвуковой излучатель 8.

Корпус датчика выполнен из двух плоскоовальных труб 4 и 5, имеющих дно, общий фланец б для установки в емкость или аппаЯО рат, кабеля 7, крышки 8 и эластичных трубок 9.

Электронный блок (см. фиг. 2) состоит из синхронизирующего генератора 10 импульсов, генератора 11 импульсов высокой частоты, 25 блока 12 питания, высокочастотного генератора 18 импульсов (генератора калиброванных импульсов), генератора 14 импульсов отрицательной (или положи гельной) полярности, усилителей 15 и 1б, дифференцирующих цепей

30 17 и 18, электронного ключа 19; электронного

279986 цифрового счетчика 20, узла 21 сброса импульсов, линии 22 задержки и диодов 28 — 2б.

Спиральные электромагнитные линии 1 и 2 задержки выполнены следующим образом (см. фиг. 5).

На изоляционную трубку 27 из фторопласта-4 произведена сплошная намотка спирали медным проводом 28 со стеклянной изоляцией диаметром 0,08 лм. На спиральный провод нанизаны разрезные шайбовые изоляторы 29 из пьезодиэлектрического материала (керамика цирконата титаната свинца) и шайбовые изоляторы 80 из слюды, которые разделяют шайбовые изоляторы пьезодиэлектрического материала. Части разрезных шайбовых пьезодиэлектрических изоляторов соединяются между собой тонким монтажным изолированным проводом. Для лучшего механического контакта со стенкой трубы изоляторы прижимаются к стенке корпуса трубы 4 по всей ее длине с помощью тонкой трубки 9 из эластичного материала, в которую подается сжатый воздух.

Каждая спиральная электромагнитная линия задержки соединяется с электронным блоком коаксиальным кабелем.

Ультразвуковой излучатель 8 (см. фиг. 4 и 5) размещается в плоскоовальной трубе 5 и залит кремнийорганнческой жидкостью пли сухим трансформаторным маслом. Излучатель представляет собой стержень из меди 81, на который надеваются втулки 82 из фторопласта-4. Во втулки вставляются пьезоэлементы 83 из цирконата титаната свинца. Втулки имеют вырезы типа ласточкина хвоста для удобства крепления пьезоэлементов. Сечение пьезоэлементов имеет форуму вырезов на втулках. Последние разделяются между собой шайбовой изоляцией 84 из фторопласта-4. Пьезоэлементы соединяются между собой последовательно монтажным проводом.

Для лучшего механического контакта пьезоэлементов 88 со стенкой трубы 5 ультразвуковой излучатель по всей его длине прижимается к стенке трубы с помощью трубки 9.

Для 3-метрового аппарата или емкости общее количество пьезоэлементов составляет 120 шт.

Уровнемер работает следующим образом.

Синхронизирующий генератор 10 (см. фиг. 2) выдает короткий электрический импульс продолжительностью 0,5 — 1,иксек, который запускает генератор 11 импульсов высокой частоты, генератор 14 импульсов отрицательной (или положительной) полярности и высокочастотный генератор 18 импульсов через линию 22 задержки.

Генератор 11 выдает электрический импульс высокой частоты (1 Мгц) продолжительностью 20 л ксек, который по коаксиальному кабелю проходит на пьезоэлементы ультразвукового излучателя 8.

Высокочастотный электрический импульс возбуждает в пьезоэлементах механические колебания высокой частоты (ультразвуковые колебания с ча.стотой 1 Мгц). На той высоте, где нет жидкости в емкости или аппарате, 5

65 эти импульсы отражаются от наружной стенки трубы 5 корпуса излучателя и затухают.

От тех пьезоэлементов, которые находятся ниже уровня жидкости в емкости или аппарате, ультразвуковые колебания проходят через стенку трубы 5 излучателя, затем через жидкость в емкости или аппарате, через стенку трубы 4 приемника и попадают на шайбовые изоляторы (пьезоэлементы) 29 спиральной электромагнитной линии 2 задержки. Наилучшие условия прохождения ультразвуковых колебаний создаются благодаря тому, что плоские стенки труб имеют определенную толщину, зависящую от длины волны ультразвуковых колебаний в металле и с учетом давления в аппарате, и тому, что линии задержки н ультразвуковой излучатель в трубах 4 и 5 заливаются кремнийорганической жидкостью или сухим трансформаторным маслом.

При попадании ультразвуковых колебаний на шайбовые изоляторы 29 из пьезоэлектрического материала линии 2 задержки на их гранях появляется переменный электрический заряд высокой частоты в результате преобразования механических колебаний высокой частоты (ультразвука) в электрические колебания высокой частоты. Переменные электрические заряды на гранях шайбовых изоляторов из пьезодиэлектрика создают в спиральном проводнике линии задержки места неравномерного распределения электрической емкости, граница которого находится на уровне жидкости В аппарате.

Импульс от синхронизирующего генератора 10, пройдя через линию 22 задержки, запускает генератор 14 и генератор 18. Импульс от генератора 14 идет в оое линии 1 и 2 задержки одновременно.

В линии 2 импульс доходит до границы неравномерного распределения электрической емкости, находящейся на уровне жидкости в аппарате, и отражается, Отраженный импульс из линии 2 поступает на усилитель 1б, затем через дифференцирующую цепь 18 — на элек ронный ключ 19 и открывает его. Генератор

18, запущенный импульсом сннхронизирующего генератора 10, выдает через открытый электронный ключ 19 калиброванные импульсы на электронный цифровой счет ик 20 импульсов.

Импульс от генератора 14, пройдя всю линию 1 задержки, отражается от ее конца (так как линия задержки «не подсвечена» ультразвуковыми колебаниями и в ней нет мест с неравномерным распределением электрической емкости), проходит в усилитель 15 и через дифференцирующую цепь — на электронный ключ 19 и закрывает его. Поступление импульсов от генератора 18 на счетчик 20 прекращается. Каждому отрезку времени между приходом двух отраженных импульсов соответствует опредсленнос число импульсов от генератора 18, а это, в свою очередь, соответствует высоте измеряемого уровня.

Г1осле снятия отсчета со счетчика 20 и перс ачи IJGêàçàíèé в электрошп ю вычисли гельнуiî мапнгну автоматически производится сброс счета импульсов с помощью узла 21 сброса счета. На этом цикл измерения заканчивается.

Диоды 28 и 24 служат для разделения отраженныхх II ..III x :Ilail:DII, поступающих H3 JIHHHH

1 и 2 ".адсржки, а диоды 25 и 26 — для исключения попадания измерительного (прямого) импульса в усилители 15 и 16 и на схему Н3мерителя врем=ни.

Предмет изобретения

1. Ультразвуковой уровнемер, содержащий дат шк и электронный блок и индикатор, отличаюи;ийся тем, что, с целью измерения уровня радиоактивных, взрывоопасных и сильно агрсссивных жидкостей в емкостях и аппаратах, находящихся под давлением и при высокой температуре, в нем датчик выполнен в виде двух спиральных электрома HIITIIbix линий задержки и ультразвукового излучателя, причем обе линии задержки снабжены шайбовыми изоляторами из пьезодиэлектрического материала и заключены в одну герметичную плоскоовальную трубу, а ультразвуковой изл уч а тел ь — в другую.

10 2. Уровномер по п. 1, отличиющнйкя тем, что, с целью лучшего прохождения ультразвука, в герметичных трубах с линиями задержки и излучателем размещены эластичные трубки, закрытые с одного конца и соединен15 ные с источником сжатого воздуха, прижимающие по всей длине соответственно изоляторы линий задержки и излучатель к рабочей поверхности труб.

279986 д g 7

Фиг, б

CocTBI3IITc пь А. Ю. Молин

Тскрсд А. А. Каммшннкова 11оррскпор T. А. Уманец

Рсдактор T. В. Иванова

Заказ 3289, 7 Тираж 480 Подписное

Ц11!1!4ПИ Комптсга по пс,ям пзобрсгспи1! и огкрыгий при Совс!с .!!шшс "pl)II СССР

Л!осквн, )f(-35, Раушская иаб., д. 4/5

Типография, пр. Сапупов1, 2