Акустический уровнемер

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня жидкости в скважинах, каналах, водохранилищах. Цель - повышение точности измерений путем компенсации неоднородного распределения температуры в волноводе, которая влияет на скорость распространения звука. Обратимый преобразователь 4, возбуждаемый генератором зондирующих импульсов 3, излучает в направлении поверхности жидкости 11 акустические сигналы. Передний фронт измерительного интервала формируется задающим генератором 1. Отраженные сигналы, формирующие задний фронт измерительного интервала, через усилитель 5 и преобразователи 6 и 7 поступают соответственно на умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 19 и на компараторы 18, управляющие работой ключей 15, которые отключают терморезисторы 9, находящиеся ниже уровня жидкости. На операционный усилитель 17 поступает напряжение, усредненное по включенным терморезисторам. УЦАП 19 производит умножение напряжения с выхода усилителя 17 на код, пропорциональный измерительному интервалу. Компенсация температурной погрешности осуществляется путем регулирования положения переднего фронта измерительного интервала. Выходной сигнал присутствует в цифровой 22 и аналоговой 23 формах. 2 ил.

СОКИ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

l (51)5 G 01 F. 23/28

Ц!, л!P 1 1!+

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4382452/24-10 (22), 23.02.88 (46) 15.11.90. Бюл. № 42 (71) Проектно-конструкторский и технологический институт "Водавтоматика !! и метрология (72! Ю.И.Абгаров, Ю.И.Агафонов, .Н,Д.Петрийчук и Е.А.Эдель (53) 681.128.62(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 765661, кл. G 01 F 23/28, 1978. (54) АКУСТИЧЕСКИЙ УРОВНЕМЕР (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения уровня жидкости в скважинах,каналах, водохранилищах. Цель - повышение точности измерений путем компенсации неоднородного распределения температуры в волноводе, которая влияет на скорость распространения звука. Обратимый преобразователь 4, возбуждаемый генератором 3 зондирующих импульсов, излучает в направле-Я0 .1606865 д1

2 нии поверхности ll жидкости акустические сигналы, Передний фронт измерительного интервала формируется задаю-. щим генератором 1. Отраженные сигналы, формирующие задний фронт измерительного интервала, через усилитель 5 и преобразователи 6 и 7 поступают соответственно на умножающий

Ф цифроаналоговый: преобразователь (УЦАП) 19 и на компараторы 18, управляющие работойключей 15, которые отключают терморезисторы 9,находящиеся ниже уровняжидкости.На операционный усилитель 17поступает напряжение, усредненное по включенным терморезисторам. УЦАП 19 производит умножение напряжения с выхода усилителя 17 на код, пропорциональный иэмерительно!.,у интервалу. Компенсация температурной погрешности осуществляется путем регулирования положения переднего фронта измерительного интервала. Выходной сигнал присутствует в цифровой 22 и аналоговой 23 формах. 2 ил.

1606865

Ф

Изобретение .относится к приборо-строению и может быть использовано для измерения уровня жидкбсти в скважинах, водохранилищах и каналах. с

Цель изобретения — повышение точности измерений путем компенсации неоднородности распределения температуры в волноводе.

На фиг.1 показано типичное распре- 10 деление температуры по длине волновода, опущенного в скважину; на фиг.2— структурная схема устройства.

Вследствие нагрева верхней части о акустической трубы до 50-60 С и низкой температуры скважинной жидкости (5-10 С) температура по высоте трубы распределяется неравномерно, и соответствующий характер имеет скорость распространения звуковой вол в 20 ны. Измерение температуры в какойлибо одной точке не дает информации даже о среднем значении температуры в трубе. Для введения поправки на изменение скорости звука необходимо::25 интегрирование или усреднение температуры по длине надводной части волновода. Это реализуется предложенным устройством.

Акустический уровнемер содержит эа- 3р дающий генератор 1, формирователь 2 линейно изменяющегося напряжения (ФЛИН), генератор 3 зондирующих им— пульсов (ГЗИ), обратимый преобразователь, например, динамик 4, усили- . 35 тель 5, преобразователь 6 временного интервала в код (ПВК), преобразователь 7 временного интервала в напряжение (ПВН), блок 8 сравнения, грулпу терморезисторов 9, распределенных рав д0 номерно по пути распространения зондирующего сигнала в волноводе 10, частично заполненном жидкостью 11, и образующих с резисторами 12, делители

- напряжения источника 13 с общей ши- 45 ной 14, ключи 15, токоограничивающие резисторы 16, операционный усилитель (ОУ) 17, группу компараторов 18 с соответствующими источниками опорного напряжения (не показаны), умножающий цифроаналоговый преобразователь (УЦАП) 19, дополнительный ключ 20 и одновибратор 21. Уровнемер имеет два выхода: цифровой 22 и аналоговый 23, устройство Работает следующим об 55 разом, Задающий генератор 1 с периодом, .превышающим максимальное время рас. пространения зондирующих импульсов от обратимого преобразователя 4 до поверхности жидкости 11 и обратно, возбуждает ГЗИ 3 и сбрасывает в исходное нулевое состояние ФЛИН 2. Задний фронт измерительного интервала формируется преобразователем 4 с приходом примерного сигнала через усилитель 5, а гередний фронт — блоком 8 сравнения с учетом компенсирующего температурную погрешность напряжения, поступающего на его второй вход с УЦАП 19, На блоке 8 компенсирующее напряжение сравнивается с напряжением ФЛИН 2, и на выходЫ формируется задержка переднего фронта измерительного интервала, пропорциональная компенсирующему напряжению. Последнее учитывает среднюю но всей длине пути распространения зондирующего импульса температуру путем интегрирования ее с помощью термореэисторов 9. При этом термореэисторы, находящиеся ниже уровня жидкости 11, отключаются с помощью ключей 15, управляемых выходными сигналами компараторов 18, на которые поступает управляющее напряжение с выхода ПВН 7.

Для этого порог срабатывания каждого из компараторов устанавливается соответствующим уровню, на котором размещен отключаемый им терморезистор.

Число терморезисторов определяется неравномерностью распределения температуры по длине волновода, т.е. требуемой точностью измерений. . С делителей напряжения, включающих не погруженные в жидкость и термореэисторов 9 и соответствующие резисторы 12, на резисторы 16 поступают напряжения Uj (i = 1,2,...n).Пусть

I — токи соответственно через i e

I резисторы 16, R — сопротивление каждого иэ них, à U — - напряжение на входе

ОУ 17, тогда

U"- U

1 R

Сложив эти токи, получим п и U.: -л, 1 — л

1 так как входное сопротивление ОУ ве"ико.

Отсюда

Ц 0 Ц с

11 11 т,е. на входе ОУ 17 присутствует усредненное напряжение со всех включенных делителей, что в некотором диапазоне температур отражает усредненную скорость распространения звука в волноводе 10.

45

Токоограничивающие резисторы 16 предназначены для снижения влияния разброса значений внутреннего сопро" тивления ключей 15 на результат усреднения. Если же сопротивления клю чей 15 равны, то наличие резисторов 16 не является обязательным.

УЦАП 19 производит умножение поступающего на его аналоговый вход напряжения, пропорционального средней температуре, на код, пропорциональный измерительному интервалу и поступающий с ПВК 6 на цифровой вход УЦАП.

Таким образом, путем регулирования положения переднего фронта измерительного интервала блоком сравнения осуществляется компенсация температурной погрешности измерений, возникающей за счет изменения скорости распространения звука при изменении температуры. 11а цифровом выходе 22 при,сутствует код, а на аналоговом 23— напряжение, пропорциональное расстоянию до поверхности жидкости.

Для защиты усилителя 5 и последующих цепей от перегрузки и помех в момент возбуждения ГЗИ 3 зондирующего импульса по сигналу задающего генератора 1 срабатывают одновибратор 21 и ключ 20, отключая вход усилителя 5 от ГЗИ 3 и обратимого преобразователя 4. Длительность импульса одновиб- ратора 21 выбирается равной или превышающей время послезвучания преобразователя 4. формула изобретения

Акустический уровнемер, содержащий генератор зондйрующих импульсов, . связанный с установленным на волноводе приемно-передающим блоком, формирователь линейно изменяющегося напряжения, усилитель, пороговое устройство и ключи, отличающийся . тем, что, с целью повышения точности

6 измерений путем комйенсации неоднородности распределения температуры в волноводе, в нем приемно-передающий блок выполнен в виде обратимого преобразователя, дополнительно введены последовательно соединенные операционный усилитель и умножающий цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен к первому входу порогового устройства, преобразователи временного интервала в код и временного интервала в напряжение, первые и вторые входы которых подключены соответственно к выходу усилителя и к выходу порогового устройства, а выходы преобразователя временного интервала в код — к цифровым входам умножающего цифроаналогового преобразователя и являются выходами уровнемера, задающий генератор, выход которого соединен с входами формирователя линейно изменяющегося напряжения, своим выходом подключенного к второму входу порогового устройства, и генератора зондирующих импульсов, одновибратор, выход которого соединен с управляющим входом дополнительного ключа, а вход — с задающим генератором, группа равномерно распределенных по высоте волновода терморезисторов, каждый из которых включен в схему делителя напряжения и подключен, кроме верхнего терморезистора, к входу соответствующего ключа, выход которого, как и верхний терморезистор, подключен к входу операционного усилителя, а также компараторы пс числу ключей, выход каждого из которых

40, подключен к управляющему входу соответствующегo ключа, а вход — к выходу преобразователя временного интервала в нагряжение, при этом вход дополнительного ключа соединен с выходом генератора зондирующих импульсов, а выход, — с усилителем.

16068б5

Составитель А.Курочкин

Техред Я.Олийнык Корректор Т.Малец

Редактор М.Келемеш

Подписное

Тираж 539

Заказ 3545

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101