Ультразвуковой уровнемер

 

Изобретение снносигся к нефтехимическом и газовой промышленности, в частости к процессам измерения уровня нефтепролук топ и сжилсенннх газов. Цепь изобретения - повышение бысгродеисгвия и динамическоп гочносги измерения при одновременном спи/копии аппаратурных затрат. Уровнемер содержит излучатель 1 %ni тратим i, 1- - мерительный приемно-уситигечьн п блок 2, опорный приемно-м ичи гепып m блок 3, опорный преобразопчiеп -t, состоящий из RS-ipiurepa 5, i ieN нт И 6, двоичного счетчика 7, perncipi 8 и управаяемого делителя 9 е переменным коэффициентом пс чиня, п i епьныи преобразова г е ть 10 еостоя imi из RS-грипера 11, эчеменп И 12, счетчика 13, ретиетра 14 и ичите гн 15 с переменным кооффш иенгом тс юннч, Уровнемер также содержи i eiu p i i p I ПКЮВЫХ ИМПУЛЬСОВ, ДРЧИТ1 I I 7, I Sipniiep 18, элементы И 19,20, пн имюиши и суммир ю111ин счегчшп 21, . 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1627850

А1 (51)5 G 01 F 23 8 г (p I< > Щ p» »

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l,з< . t i

>3 < л 11, C t.f3;;

3 1>

Г. 3,—

l» j.

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4429490/10 (22) 25.04.88 (46) 15.02.91. Бюл. N> о (71> Рязанский рапиотехнический институт и Ряз;3нс3<ий завод Теплопри— бор (72) И. И. Калкин, Ф. 3. Розенфельп, С. A. Злпко и Н. И. Карпухин (53) 621. 128.82 (088.8) (56) Лвторское свипетельство СССР

N 569861, кл. 0 01 F 23/28, 1976.

Лвторское свидетельство ССС1

><" 1139974, кл . G 01 F 23/28, 1983. (54) УЛЬТРЛЗВУКОВг31< УРОВНЕ((1(Р (57) Изобретение относится к нефтехимичес кои и газовой промьппленности, в частности к процессам измерен»»я уров— ня нефтепропуктов 3< сжиженных газов.

Цель изобретения — f lofti ttttetftte быстроИзобретение nòíoñèò(Iÿ к не 1>техимической и газовой пр<3мьш<лен<<ости, в частности к измерению урогня неф— тепроцукfoD и сжиженьн<х газов.

Цель изобретения — повыпе<3ие быстр<>действия и Пинамичеc кой точности измерения при одновременном снижении япплратурных эатря.г.

Нл чертеже иредст t t»ttett:3 блок-схе— ма уровнемеря.

Уровнемер содержит и 3Jiy>t;Iте.<ь 1 ультразвука, измерительный приемноусилительнь»й блок 2, опор<<ь<й приемноусилительный блок 3, опорный преобразователь 4, coc f nest(tttttt tt 3 RS òðèããåрл 5, элементл И 6, Itвоичного счетчика 7, регистра 8 и управ.(яемого педействия и динамической т >чнос ти мерения при оцновременном cHIfiKetltftf липарятурных затрат. Урон<<емс р с<— держи f излучатель 1 ул3 fрл 3в "1 3, мерительный приемно — усили ге>»ь»> гй

GJIOb 2, OIIOptfbltf приемно-у(или f e tl b fii lit блок 3, опорный преобрлзо3»л гель 4, cncтоящий из RS — триггерл 5, > <е». If f, lI 6, двоичного счетчика 7, рс гil< гр:l

8 и управляемого пслителя 9 с перс— менным коэффициентом,3,b 333»я, II 3 .с;> <тепьный преобрлзовлтель 10 (ост< я >:и из RS-триггера 11, aJI<»ett t II 12, счетчика 13, р<.гистра 14 и П(литc I>t

15 с переменным ко эффииие<гг(t, < (гн «я

Уровнемер также содержит i ен р,t f р 16 тлктовых импульсов, Jti лит< It 17, IIS— .григгер 18, элементы И 19,20, 333 < и гл— ющий и суммируюи3<й сч< t >fili

1 ил..>н<теля 9 с переменнь>м ко Зф133 <33< и .

Пелс-ния, измерительныи lip(< (>;>, тель 10, состоящий из К — тригl <р элемента И 12, счет Ilfl<л 1 . реt .«

14 и целителя 15 с 31сре!I(ll>iii 1 ко фициентом деления, гeiicpл f op 16 товых импульсoft, ae>ttfт< .ь 17, триггер 18 > элементы II 19 читающий 21 If су!t!Illðóþùèè чики.

Изпучлте tl, 1 у 3..;рл".3уi,,l,<к, "гlf— чески связан с приемно-увил 3 г: ми блоклми 2 и 3. Вых.- б < к 3

ПОП К;110Ч <>3< К В > <>Pbf t IIX<> 1,> 1 ill » f>, > зователей 4 и 10, <3 выхоп б> 3» . к первому входу преобрл 3 нз i: -3» 1 <.

Третьи входы преобрл 3< в;; (. >

1627850

10 соединены с выходом генератора 16 тактовых импульсов, к которому также подключен вход делителя 17 частоты, выход которого подсоединен к четвертым входам преобразователей 4 и 10.

Первый выход преобразователя 4 соединен с S-входом RS-триггера 18 и первым входом элемента И 19, второй вход элемента И 19 подключен к прямому выходу триггера 18, установочным входам вычитающего счетчика 21, нулевым установочным входам счетчика 22 и первому входу элемента И 20, второй вход которого подсоединен к первому выходу преобразователя 10, а выход элемента И 20 соединен со счетным входом счетчика 22, выход которого подключен к выходу уровнемера.

Выход элемента 19 соединен со счетным входом вычитающего счетчика 21, выход сигна:га заема которого подключен к R-вход> триггера 18 °

В преобразователе 4 S-вход и Rвход триггера 5 соединены соответственно с первым и вторым входами преобра зоват еля 4, прямой выход триг гера 5 подключен к входу элемента И 6 и нулевому установочному входу счетчика 7, выходы которого соединены с информационными входами регистра 8, вход синхронизации которого подключен к обратному выходу триггера 5, Выходы регистра 8 соединены с управляющими входами делителя 9 с п.— ременным коэффициентом деления, частотньп» вход которого подсоединен к четвертому входу преобразователя 4, выход переполнения счетчика делителя подключен к второму выходу преобразогателя 4.

Измерительный преобразователь 1О выполнен аналогично опорному преобразователю 4 за исключением того, что в нем отсутствует второй выход.

Устройство работает следующим образом °

Излучатель 1 ультра вука периодически возбуждается на собственной резонансной частоте импульсами, поступающими с второго выхода преобразователя 4, образующимися в результате деления частоты F генератора 16 така товых импульсов делителем 17 и счетчиком-делителем делителя 9.

Возбужденные ультразвуковые колебания достигают приемно-усилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в эпектрические сигналы, которые после усиления воздейству т на преоГ>разователи 4 и 10. Момент прихода ультразвуковой волны на измерительный приемно-усилительный блок 2 определяет5 ся значением измеряемого уровня, а на приемно-усилит ел ьный блок 3 — базовым расс гоянием, Значение уровня измеряется относительно места положения опорного приемно-усилительного блока 3.

Рассмотрим работу преобра зователя 4.

Триггер 5 каждый цикл посылки зондирующего импульса устанавливается одновременно с возбуждением излучателя 1 ультразвука импульсом с второго выхода преобразователя 4 в состояние "1".

При достижении ультра звуковой волной опорного приемно — усилительного блока 3 триггер 5 опрокиды ается в состояние "0" сигналом с выхода блока 3. Импульсы с выхода триггера 5

25 йоступают на вход элеменta И 6, на второй вход которого поступают импульсы генератора 16 тактовых импульсов. Выход элемента И 6 подсоединен к суммирующему счетчику 7, каждый цикл которого устанавливается в нулевое состояние передним фронтом импульса с триггера 5.

Таким образом, tta суммирующем счетчике 7 каждую посыпку зондирующего импульса регистрируется число, пропорциональное базовому расстоянию

О (1) где Гр — частота генератора. такто40 вых импульсов, Тн — время прохождения ультразвуковой волны от и злучателя 1 до опорного приемноусилительного блока 3.

45 Это число по окончании счета пере; носится в регистр 8 и хранится в нем до конца следующего цикла, определяя значение переменного коэффициента деления управляемого делителя 9 час—

50 тоты.

На частотный вход управляемого делителя 9 поступают импульсы час— тоты Fat, поделенной делителем 17 в

2 раз. Таким образом, на первом выTTl

55 ходе преобразователя 4 обра зуютс я импульсы частоты

Ро н Р, Тя ,2 г Н 1 (2) п tn

1627850 6 образуется строб, длит ел ьнос ть ко тгв рого равна

Д « « «

К 2

Г .Т

1«

Т

О н (5) 1 о

Z, «+« (3) выбирают исходя из конструктивных особенностей блоков 1, 2 и 3 и рас— стояния между ними путем подбора чис— ла разрядов m делителя 17, Поскольку частота fg совпадает с частотой, снимаемой с младшего разряда счетчика пелителя управляемого частотного делителя 9, исключается ошибка от неравномерности распредепения импульсов при преобразовании числа Nн н частоту ГH Рогре«««ность от неравномерности распределения импульсон можно также уменыпить, последовательно включив между нь«ходом делителя 9 и выходом 1 преобразователя 4 дополнительный делитель частоты на 1 — 3 разряда °

Преобразователь 10 работает аналогично преобразователю 4. На его выходе формируется частота

Г = -- - -- о Т (4)

:, n+n

КТЬ

Тп (6) где T1 — вр емя прохождения ультразвуковой волны от измерительного приемно-усилительного блока 2 до опорного блока 3, которое пропорционально измеряемому уровню.

Импульсы с первого выхода преобразователя 4 поступают ня 8 †вых триггера 18, переводя его н единичное состояние ° Одновременно эти же импульсы поступают на элемент И, на второй нход которого подается разрешающий строб с триггера 18. Передний фронт этого стробя записывает в вычитающий счетчик 21 число К, равное базовому расстояни«о Н, например, в миллиметрах.

Это число устанавливается при паспортизации каждого уроннемеря с помощью специальных переключателей или перемычек. Импульсы с выходя элемента И 19 подаются на вычитяющий счетчик 21 до тех пор, пока он не перейдет в нулевое состояние. Импульс заема, вырабатываемый при этом, поступает ня К-вход триггера 18, пе— ренодя его в нулевое состояние. Таким образом, на выходе триггера 18 где и, m — числя «яэряпон делителей

9 и 17 соответственно.

Частоту импульсов зондирования

Этот строб поступает ня элемент И 20, причем передний фронт строба вызывает обнуление счетчика 22. На второй вход

10 элемента И 20 подаются импульсы частоты f1 с преобразователя 10, которЬ«е за интервал Т подсчитываются суммирующим счетчиком 22.

Таким образом, по окончании строба в счетчике 22 формируется число

2л «" F2.T

h Fq TH -n+m о И

Это число по заднему фронту строба передается на выход уровнемеря, Очевидно, что если К-коэффициент, заносимый в счетчик 21 н начале очередного цикла счета, — будет численно равен базовому расстоянию, например, в миллиметрах, то N будет равно измеряемому зняченик уровня также н миллиметрах. Так как значение уровня вычисляется через отношение Г1,/Г„ то, как видно иэ формулы (1), на точности предлагаемого уровнемера не будут сказываться дестабилизируюш««е воэ— действия, например, изменен««е скорости ультразвука, изменение ннс«««ней среды, уход генератора тякfоной частоты, Ф о р м у л а и з о б р е т е и и я

Ультразвуковой уроннемер, содержащий излучатепь ультразвука, измерительный и опорный приемно — усилительные блоки, акустически с н я эя нные с

4 5 и з л $ ч а т ел е м ул ь т р а э н у к а Г е и e p я т n p тактовых импульсов, делiï ель чясто— ты, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, пер— вый и второй RS-триггеры, S входы которых соединены с вхоп м иэлучяте— ля ультразвука и выходом измерительного приемно-усилитепьног1 блока соответственно, а R-входы сня «аны с выходом опорного приемно-усилительно55 го блока первый и второй элементы И, ) одни входы которых подсосдине««««к выходу генератора та кто вых ««мпуп ьсов, а другие входы соо г««етcò««.нно подключены к прямым выходам пер«« «ги

1с) 27850 зань(соотнетств<.пно с иннерсны выходами перв<» и второго )«3 †-,:i!ãи ft rор >! О К".-триггер<>В, третий и чс Гr>< 1"I ый ) (< и(н (I I 11 и< р>>ыЙ и (< Г<>— г epo(3 > ВыхОды пс p JI<) I Î и Втор о! 0 >< rt р лг>(!немых пепи r e I ОЙ ча(Готы подклк) p(l! д» )!1 lltfl<. с "<" г <и((и, яхс l>l кс)т<.рых! с ны соотг>етcтнснно к пенным Вхо,(лм

rpe (ьего и че гнер гого )<(еменrов И, (-"орые J3xo;II J к(торых О(>г единены и

Н<>НО . l(НХО;(! JI<>J-I (3!II I

IIp>1!II (l> l> Ix<:!,I>1 l1< рг)с>г< ii l31. p<>l (> 1сВ— с !3I(v;I t(t>t с прг(к!! (л(>>ьгходом третьего

1>К- r 1> i r с ра r! II@. ref<(! II (, с та ноноч ныItJ(г>ХО lfлми треf J åã<) и чет(3ер гого счстчикон, ны !итлю(ци!1 It сумг<1 рующий счетные входы которых подсоединены

lI(1 1>ОI i> il i> (P >I <> с -!с I чик<)г, . I" I tt ч л гя !ц и и с я гем чтс с цепью поньццения Г>чстродейстн" я и дилл и(i< c l )Й f()<(н;>с i II 31(epc ния, 15

»недены двл управляемых депитсл часто(!(, третии ЕЯ вЂ” триг гер и гр

<- Т И I .

It пегi>ep > Г . т !;(к<1, !>рп ((u <„3(— (От<(ы< .. 1! I ll< 1; >3<>l О II i3ò Рог(P l f3 It >I < I I . ", (f JI I3 r e < l el! I >I С (ОТ I I 11<); I

i ко горого (-(<я злгг с III(x >pl<)if перв )го

<> C 1IE, ». 3I t,. (, I .1 I .. ..«(I:3 ñ I (> ruI, (Гц(с (>х <>и с«,ипси!(с(< гг>с

>> ПР(1 Н- I Я С МО! О ДС!ПIТ(Л (1 Ч(1 Г ГОТЫ Л rс(в(ого счет—

Г С . <"

>)Ь!Х . I I>1 П< РI>< (« II 13 Г<>P<>l )

Р (1 И< 1 (> О!3 ° В Х< >;(I > I > I< I <. 11 I(< > I О,> IX С (3)I чика >(13(rf(åòc)I I,ых:;(ом ур . II(fe(tepл

С(>< Г;1»И с .>(t> < > <>>>КОН

1 ñ ((к t < p .1, 13с с (< 1>СI<:Ist I хрсд Л.Олийнык

Коррек г )р Л.1!лтлй

Чл >.л 3 3 31 I If f) л)ц - < 2 3 ПОДПИСПОЕ

ВН31И1П1 Г су;(арс.тнс нного комитета пс иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1130" », 11< сf.l>a, Ж-З), Рлушская наб., д. 4/5

;11 II )г<»((с т

» »

<()>

С Я 3;3 Ь! . ВЬ(..< (ЛМИ ПЕР!)О(С И >3 Г<>п Г<>

) 3it(мг>l Г )I> 1 < О,> I f 3 < I a

ГPIII Г РО(3 С<><>I >< ° (Стf>< (1!!О, If Л(3Л PC— (ис f ) I, и н<1> 1>. <(I! (! I « II Ill:I(13 X.>((i I к< > I <>p !дклк !ены с<>< гветс гп< Jffto t Вых< л"".1 соответственно к вых<)длм трет l ег о и четвертого элементов И, ньгход м! лд— гцего разряда первого упрлвляемог

IIe р1>(1 О 1>В pHГГерл > III>!Ход сп! п (лл злсмл (ре ь(го счетчика почключен тс

К-входу и;р(3ого I!S — тг>иггерл, S-Вход