Ультразвуковой уровнемер

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11!

А1 (g))g С 01 Г 23/28

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬП ИЯМ

ПРИ ГННТ СССР (21) 4456653/10 (22) 08.07.88 (46) 23.04.91. Вюл. !! - 15 (71) Рязанский радиотехнический институт и Рязанский завод "Теплоприбор" (72) И.И.Холкиш, Ф.Ç.Розенфельд, С.A.Çàäêî и Н,И.!(арпухин (53) 621.12д.82 (088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

И- 1139974, кл. 0 Ol Г 23/28, !983. (54) УЛbTPAÇВУКОВОЙ УРОВНГ!1ВР (57) Изобретение относится к измерениям уровня нефтепродуктов и сжижен— ных газов. Цель — расширение функциональных возможностей уровнемера, повышение его быстродействия и точности. Излучатель ультразвука 1 периодически возбуждается на собствсннои резонансной частоте импульсами, которые образуются 13 результате деления частоты генератора тактовых импульсов 16 делителем 17 и счетчиком-делителем управляемого делителя 9. Возбужденные ультразвуковые колебания достигают приемоусилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в электрические сигналы, которые после усиления воздействуют на пре— образователи 4 и \ О. !1омент прихода ультразвукового сигнала на измерительный приемоусилительный блок 2 оп— ределяется значением измеряемого уровня, а на приемоусилительный блок

3 — базовым расстоянием. Значение уровня измеряется относительно места положения опорного приемоусилительного блока 3. На суммирующем счетчике 7 кажду о посыпку зондирующего импульса регистрируе1ся число, пропорциональное базовому расстоянию.

Это число по окончании счета переносится в регистр 8 и хранится в нем до конца с 1едующего цикла, определяя значение переменного коэффициента деления управ яемого делителя частоты 9. На вход управляемого делителя

9 поступают импульсы часто fbl поделенной делителем !7 и триггером 18.

Далее эти импульсы поступают через делители 19 >r 20 на суммирующий вход реверсивного счетчика 21. Импульсы опорной частоты поступают через управляемые делители 22 и 23 на вычи— тающий вход счетчика 21, который вычисляет уровень. 1 ил.

1 64.394 ) Изобретение относится к нефтехимической и газовой промышленности, в

1 частности к измерению уровня нефтепродуктов и сжиженных газов.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей,заключающееся в обеспечении варьирования сглаживающими качествами уровнемера непосредственно в процессе измерений при неизменном масштабе преобразования и повышения быстродействия и динамической точности.

Поставленная цель достигается тем, что в ультразвуковом уровнемере,содержащем излучатель ультразвука,связанный акустически с опорным и измерительным приемно-усилительными блоками, опорный.и измерительный преобразователи, каждый из которых включает последовательно соединенный Р5триггер, схему И, счетчик и регистр, генератор тактовых импульсов, выход которого подключен к первым входам схем И опорного и измерительного преобразователя и входу делителя частоты, выход опорного приемно-усилительного блока подсоединен к R-входам RS-триггеров, выход измерительного блока соединен с «S-входом RSтриггера измерительного преобразова— теля, а вход излучателя — с Я-входом RS-триггера опорного блока.

В опорный и измерительный преобразователи введены первый и второй управляемые делители частоты с переменным коэффициентом деления,причем цифровые входы управляемого делителя опорного преобразователя подключены к выходам его регистра, а частотный вход — к первому выходу

Т-триггера, Т-вход которого соединен с выходом делителя частоты, и информационные входы регистра соединены с выходами суммирующего двоичного счетчика, установочные нулевые входы которого подключены к второму входу схемы И и прямому выходу триггера, инверсный выход которого соединен с входом "Запись" регистра, Sвход RS-триггера опорного преобразователя подключен также к выходу последнего разряда счетчика — делителя первого управляемого делителя частоты, измерительный преобразователь выполнен идентично опорному за исключением того, что в нем отсутствует связь между выходом последнего разряда счетчика-делителя второго управ ляемого делителя частоты и S-входом RS-триггера, выход второго управляемого делителя подключен к входу третьего управляемого делителя частоты, обеспечивающего коррекцию масштаба уровнемера.

Зыход третьего управляемого делителя соединен с входом четвертого управляемого делителя частоты, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика, выходы которого связаны с выходами уровнемера и управляющими входами пятого уп15 равляемого делителя частоты, частотный вход которого соединен с выходом управляемого делителя частоты опорного преобразователя, а выход пятого делителя соединен с частотным входом

2р шестого управляемого делителя частоты, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика, а управляющие входы шестого делителя соединены с управляющими входами чет25 вертого делителя и с цифровым входом уровнемера, обеспечивающим установку требуемого, коэффициента сглаживания паразитных колебаний уровня,частотный вход второго управляемого де3п лителя измерительного преобразователя соединен с инверсным выходом Ттриггера.

На чертеже представлена блок-схема уровнемера.

Уровнемер содержит излучатель 1 ультразвука, измерительный приемноусилительный блок 2, опорный приемноусилительный блок 3, опорный преобразователь 4, состоящий из RS-триг4g гера 5, элемента И 6, двоичного счетчика 7, регистра 8, первого управляемого делителя 9 частоты с переменным коэффициентом деления, измерительный преобразователь 1О, состоящий иэ

45 RS-триггера 11, элемента И 12,счетчика 13, регистра 14, второго управляемого делителя 15 частоты с переменным коэффициентом деления,генератор 16 тактовых импульсов, делитель

gp 17, Т-триггер 18, третий !9 и четвертый 20 управляемые делители частоты с переменными коэффициентами деления, раверсивный счетчик 21, пятый 22 и шестой 23 управляемые делители частоты с переменными коэффициентами деления.

Излучатель 1 ультразвука акустически связан с приемно-усилительными блоками 2 и 3. Выход блока 3 под5 !64 ключен к вторым входам.преобразователей 4 и 10, а выход блока 2 — к первому входу преобразователя 10..

Третьи входы преобразователей 4 и 10 соединены с выходом генератора 16 тактовых импульсов, к которому также подключен вход делителя 17 частоты, выход которого подсоединен к Т-входу

Т-триггера 13, прямой выход которого связан с четвертым входом опорного преобразователя 4, а инверсный выход с четвертым входом измеритель. ного преобразователя !О, Выход измерительного преобразователя 10 соединен с делителем 19, обеспечивающим коррекцию масштабирующего коэффициента М уровнемера. Выход делителя !9 ! соединен с входом управляемого делителя 20, выход которого подключен к суммирующему входу реверсивного счетчика 21 выходы которого связаны с выходами уровнемера и управляющим входом делителя 22.

Частотный вход делителя 22 соединен с выходом опорного преобразователя 4, а выход делителя 22 с частотным входом управляемого делителя 23, выход которого подключен к вычитающему входу реверсивного счетчика.Управляющие входы делителей 20 и 23 соединены один с другим и с цифровым входом уровнемера, обеспечивающим установку требуемого коэффициента сглаживания паразитных колебаний уровня.

В опорном преобразователе 4 Sвход и R-вход триггера 5 соединены соответственно с первым и вторым .входами самого преобразователя 4, прямой выход триггера 5 подключен к первому входу элемента И 6 и нулевому установочному входу счетчика 7, выходы которого соединены с информационными входами регистра 8, вход синхронизации которого подключен к инверсному выходу триггера 5. Выходы регистра 8. соединены с управляющими входами делителя 9, частотный вход которого подсоединен к четвертому входу самого преобразователя 4. Последний разряд счетчика-делителя управляемого делителя 9 подключен к . S-входу RS-триггера.

Измерительный преобразователь 10 .выполнен аналогично опорному преобразователю 4 за исключением того, что в нем отсутствует связь между выходом последнего разряда счетчика55

Ы„=Г, Тц, где F — частота генератора тактовых

0 импульсов;

Т =

3941 делителя второго управляемого делителя частоты и S-входом Кь-триггера.

Уровнемер работает следующим образом.

Излучатель ультразвука периодически возбуждается на собственной резонансной частоте импульсами, которые образуются в результате деления частоты F генератора 16 тактовых о . импульсов делителем 17 и счетчикомделителем управляемого делителя 9.

Возбужденные ультразвуковые колебания достигают приемно-усилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в электрические сигналы, которые после усиления воздействуют на преобразователи 4 и 10. Момент прихода ультра20 звуковой волны на измерительный приемно-усилительный блок 2 определяется значением измеряемого уровня, а на приемно-усилительный блок 3 — баI зовым расстоянием. Значение уровня

25 измеряется относительно места положения опорного приемно-усилительного блока 3.

Рассмотрим работу преобразователя 4.

30 Триггер 5 каждый цикл посылки зондирующего импульса устанавливается одновременно с возбуждением излучателя 1 ультразвука импульсом с выхода последнего разряда счетчика-дели35 теля управляемого делителя 9 в состояние "!".

При достижении ультразвуковой ,волной опорного приемно-усилительного блока 3 триггер 5 опрокидывается

40 в состояние "0" сигналом с выхода блока 3. Стробы с выхода триггера 5 поступают на .первый вход элемента

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

50 .

Таким образом, на суммирующем счетчике 7 каждую посылку зондирующего импульса регистрируются число, пропорциональное базовому расстоянию

164 3941

Fo

1

Z rii хо+1

fí !! вых () и+ Alp

Р, 7 (t)

f () .о 1 нх«« i

Г (h(t) и ==

2 Я+п

= / Н вЂ” время прохождения ультразвуковой волны от излучателя 1 до опорного приемно †усилительного блока 3.

Это число по окончании счета переносится в регистр 8 и хранится в нем до конца следующего цикла, определяя значение переменного коэффициента деления управляемого делителя 9 час- !0 тоты.

На частотный вход управляемого делителя 9 поступают импульсы частоты F<, поделенной rn разрядным делителем 17 и триггером 18 в 2 раз.

Таким образом, на выходе преобразователя 4 образуются импульсы частоты

2 о 11н Fo - H

2 2 20 где n, m — числа разрядов делителей

9 и !7 соответственно .

Частоту импульсов зондирования выбирают исходя из конструктивных особенностей блоков 1 — 3 и расстояния между ними путем подбора числа 30

I разрядов m делителя 17, Поскольку частота f совпадает с частотой, снимаемой с младшего разряда счетчика-делителя управляемого частотного делителя -9, исключается ошибка от неравномерности распре.деления импульсов при преобразовании числа H И в частоту f

Преобразователь 10 работает аналогично преобразователю 4. На его выходе формируется частота где T (t) — время прохождения ультра-!! звуковой волны от измери- 50 тельного приемно-усилительного блока 2 до опорного блока 3, которое пропорционально измеряемому уровню Ь().

Далее импульсы частоты f 1,() поступают через делители 19 и 20 на суммирующий вход реверсивного счетчика 21. Частота импульсов на его входе определяется выражением

fi,(t)1< К (t) — ь !!+ Ni

/ где М вЂ” масштабный коэффициент уровнемера, выставляемый с помощью движковых модульных выключателей или перемычек;

K — коэффициент, подаваемый на цифровой вход 24, определяющий требуемый коэо1фициепт сглаживания паразитных колебаний уровня;

n m — числа двоичных разрядов де 4 < лителей 19 и 20 соответственно.

Импульсы опорной частоты f< поступают через управляемые делители 22 и 23 на вычитающий вход счетчика 21.

Частота импульсов на вычитающем входе счетчика 21 определяется выражением где 11 () — число на выходе счетвых чика 21, передаваемое на выход уровнемера, Поскольку импульсы, подаваемые на четвертые входы опорного и измерительного преобразователей, поступают соответственно с прямого и инверсного выходов триггера 18, фронты импульсных последовательностей F (t), I

F (t), на которые реагирует счетчик

21, всегда раздвинуты во времени, ч то об есп ечив ает нормальную непрерывную работу реверсивного счетчика

2! при одновременном поступлении сигналов F (t), F (t) на его выходы.

Таким образом, числовое значение

11 о к() на выходе счетчика 21 определяе тся инте гр алом

6 н„,„<е) = у Я> — «<У))а0. о

Решая совместно уравнения и перейдя к операторной форме записи, получают

Fo E И К 2

h(P) x

Вых num+i !, 2 F, ИКН

И 1 — h(P)

1+PT Н 1+РТ

1643941

Составитель П.Васильков

Техред Л.Олийньпс

Редактор М.Бланар

Корректор С.Шекмар

Заказ 1232 Тираж 432 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при. ГКНТ СССР

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

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

Формула и з о б р е т е н и я

Ультразвуковой уровнемер, содержащий излучатель, опорный и измерительный приемно-усилительные блоки, опорный и измерительный преобразователи, каждый из которых включает последовательно соединенные триггер, схему И, счетчик и регистр, генератор тактовых импульсов, выход которо- 10

ro подключен к входам схем И, опорного и измерительного преобразователей и входу делителя, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью повышения быстродействия и динамической точности, в него введены Т-триггер, реверсивный счетчик, первый, второй, третий, четвертый, пятый и шестой управляемые делители частоты с переменным коэффициентом деления, при этом управляемые входы первого и второго делителей частоты соединены с выходами регистров опорного и измерительного каналов, соответственно входы через Т-триггер с выходом делителя, выход первого управляемого де- лителя частоты подключен к входу триггера опорного преобразователя, а также через пятый управляемый делитель к входу шестого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с суммирующим входом реверсивного счетчика. выход второго. управляемого делителя подключен через третий управляемый делитель частоты к входу четвертого управляемого делителя частоты, выход которого соединен с вычитающим входом реверсивного счетчика, подключенный выходом с управляемым входом пятого управляемого делителя частоты, кроме того управляемые входы четвертого и шестого управляемых делителей частоты соединены между собой, а вход "Запись" регистра опорного преобразователя к выходу триггера этого преобразователя.