Ультразвуковой уровнемер

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к уровнемерам. Уровнемер по сравнению с известными устройствами имеет более высокую точность измерения и информационную надежность за счет применения непрерывного частотно-модулированного зондирующего сигнала , введения корректирующего канала и технической реализации устройства обработки информации, поступающей с датчика типа магнитострикционной линии задержки . При работе устройства датчик возбуждается частотно-модулированным сигналом. При совпадении уровня с п фиксированными уровнями производится автоматический съем сигнала с корректирующего канала и подстройка системы. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ KOMMTET

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4748879/10 (22) 16,10,89 (46) 15,12.91. Бюл. ¹ 46 (72) В.В.Внуковский, Б.А.Атаянц, Кияшев и

Ф,3.0зенфел ьд

{53) 681,128,82(088.8) {56) Авторское свидетельство СССР № 330348, кл. G 01 F 23/28, 1972.

Авторское свидетельство СССР

¹ 678315, кл. 6 01 F 23/28, 1979, Патент США № . 4158964, кл. G 01 F 23/00, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N 1315815, кл. 6 01 F 23/28, 1982. (54) УЛЬТРАЗВУКОВОЙ YPOBHEMEP

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к уровнемерам, и может быть использовано для измерения уровня жидких сред в различных автоматизированных технологических системах промышленного производства, Цель изобретения — повышение точности измерения уровня контролируемой среды и увеличение информационной надежности.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства; на фиг, 2 — эпюры сигналов, поясняющие принцип действия устройства.

Уроенемер содержит триггер 1, генератор пилообразного напряжения 2, генератор качающей частоты 3, датчик типа магнитострикционной линии задержки 4, е состав которого входят звуковод 5, катушка связи 6 и постоянный магнит 7 передающего преобразователя, катушка связи 8 и постоянный магнит 9, расположенный в поплавке приемного преобразователя измерительно„„SU ÄÄ 1698648 Al (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к уровнемерам.

Уровнемер по сравнению с известными устройствами имеет более высокую точность измерения и информационную надежность за счет применения непрерывного частотно-модулированного зондирующего сигнала, введения корректирующего канала и технической реализации устройства обработки информации, поступающей с датчика типа магнитострикционной линии задержки. При работе устройства датчик возбуждается частотно-модулированным сигналом.

При совпадении уровня с и фиксированными уровнями производится автоматический съем сигнала с корректирующего канала и подстройка системы. 2 ил.

ro канала, катушка связи 0 и постоянный магнит 11 приемного преобразователя опорного канала, и катушек связи приемного преобразователя корректирующего канала, смеситель измерительного канала 12, триггер временных ворот 13, счетчик импульсов биений 14, опорный генератор 15, логическую схему 16, счетчик импульсов 17, смеситель корректирующего канала 18, логическую схему И 19, регистр 20, процессор

21, постоянное запоминающее устройство

22, энергонезависимое оперативное запоминающее устройство 23, устройство индикации 24.

Уровнемер работает следующим образом, При включении уровнемера триггер 1 устанавливается в единичное состояние (эпюра 1), этот сигнал поступает на управляющий вход генератора пилообразного напряжения 2, При подаче на вход генератора

3 положительного напряжения на его еыхо I698648

10 де начинает формироваться линейно нарастающее напряжение со скоростью изменения а=- U(t) В/с (эпюра 2). Напряжение с выхода генератора пилообразного напряженил поступает на управляющий вход генератора качающей частоты 4, на выходе которого формируется частотно-модулированный сигнал (эпюра 3), При нарастании сигнала на управляющем входе генератора

4 на его выходе происходит линейное уменьшение частоты сигнала со скоростью

y- f а(). С выхода генератора 3 сигнал поступает на передающий преобразователь (6, 7) магнитострикционной линии задержки.

При поступлении частотно-модулированного сигнала на катушку связи 6 за счет прямого магнитострикционного эффекта в звуководе 5 возникает ультразвуковая волна механической продольной деформации, которая распространяется по эвуководу 5.

При прохождении акустической волны в зоне нахождения магнита 9 приемного преобразователя измерительного канала в катушке связи

8 в результате обратного магнитострикционного эффекта возникает ЗДС, пропорциональная величине механической деформации. При прохождении ультразвуковой волны под катушкой 10 приемного преобразователя опорного канала (10, 11) в ней также возникает ЭДС. Сигналы, возникающие в катушках 8 и 10 будут задержаны относительно друг друга на величину тз= Н/Сзз, где Н— расстояние между магнитами 11 и 9, Поскольку магнит 9 расположен в поплавке, то расстояние между магнитами 11 и 9 будет равно уровню контролируемой среды. При подаче на вход смесителя 12 задержанных относительно друг друга сигналов измерительного и Опорного каналов, uH.(t) =- vt з|п qt(t)

Uon(t) = Vg singt (t)

На выходе смесителя 12 возникают биения с частотой, зависящей от уровня контролируемой среды.

Мгновенная частота огибающей биений равна абсолютному значению разности мгновенных частот сигналов измерительного и опорного каналов (эпюра 4)

Fc(t)-I —" (—" — ) I = I ft (t ) — fy (t ) I

После детектирования, на выходе смесителя получаем сигнал с частотой (эпюра 4)

Н

Fñ тз — p сзв

Сигнал биений с выхода смесителя 12 поступает на счетчик 14, с выхода которого сигналы Fc /m (эпюра 5) и Fc/е (эпюра 6) поступают на установочные входы триггера

13, формирующего временные "ворота" (эпюра 7) длительностью пропорциональной периоду повторения импульсу биений, а следовательно, и измеряемому уровню, Сигнал Fc/m поступает на вход установки в единицу триггера 13, а сигнал Fc/! на вход установки в О, Дополнительный сигнал Fc/I поступает на счетный вход триггера 1, переводя его в другбе устойчивое состояние. при агом, выходное напряжение генератора 2 начинает линейно уменьшаться, вызывая увеличение частоты выходного сигнала генератора 3, и на установочный вход R счетчика 14, устанавливая его в исходное состояние.

При приходе m-ro импульса на выходе триггера 13 устанавливается единичный логический сигнал, при котором логический элемент И 16 разрешает поступление счетных импульсов с опорного генератора 15 на вход счетчика импульсов 17, При приходе

I-ro импульса биений на выходе триггера 13 устанавливается логический ноль. запрещающий прохождение импульсов счета на вход счетчика 13. Таким образом, эа его время в счетчике 13 накапливается число импульсов, пропорциональное измеряемому уровню (эпюра 8), По переднему фронту сигнала F/1 код числа импульсов, поступивших на счетчик 17, записывается в выходной регистр 20 и хранится там до следующего такта измерения. Таким образом, на выходе регистра 20 постоянно находится код, пропорциональный измеряемому уровню. причем, е — m le † сзз

iI=Fott Тс="оп = = оп

Fc 7

Микропроцессор 21 в соответствии с программой, записанной в постоянном запоминающем устройстве 22 считывает информацию с регистра 20 и рассчитывает текущее значение уровня по формуле оп е — пз! Сзв и у где А — коэффициент пропорциональности;

 — корректирующий коэффициент, Погрешность измерения определяется в основном погрешностью, вызванной изменением плотности контролируемой среды, Для уменьшения этой погрешности в предлагаемом устройстве дополнительно введен корректирующий канал, состоящий из .и катушек связи 18, расположенных в тарировочных точках датчика, смесителя корректирующего канала 18 и логической схемы 19.

Процесс коррекции уровнемера происходит следующим образом.

1698б48

При совпадении уровня (постоянного магнита 9) с тарировочной точкой датчика, где располагается k-ая катушка связи корректирующего канала в данной катушке наводится ЭДС и на входы смесителя 5 поступают сигналы, разностная частота которых полностью совпадает с разностной частотой измерительного канала. При поступлении на входные шины логического 10 элемента 10 сигналов с равными частотами и фазами на его выходе формируется сигнал 1PG программного прерывания, по которому процессор 21 переходит на подпрограмму обслуживания прерывания. По 15 этой программе процессор вычисляет погрешность измерения уровня в данной тарировочной точке Н =- Нтарир — Низм.

Рассчитывается корректирующий коэф- 20 фициент В па формуле:

В1 Нтарир

Низм

Новое значение B заносится в энерго1 независимое оперативное запоминающее 25 устройство 23, Вновь рассчитывается уровень контролируемой среды с новым корректирующим коэффициентом по формуле

РОП п1 e I СЗа 1

N y 30

Затем проводится новая проверка поrpeu íocòè измерения и если

ЛН = Нтарир Низм Н допуст значение уровня контролируемой среды индицируется устройством 24. 35

Если поплавок расположен между тариравочными точками на выходе схемы 19, сигнал IRG не формируется и устройство производит расчет текущего значения уровня контролируемой среды, используя карректи- 40 рующий коэффициент В предыдущего из1 мерения.Поскольку изменение плотности сжиженного газа происходит только в процессе заполнения емкости введения корректирующего канала позволяет значительно повысить точность измерения уровня, снизив погрешность -лзмерения, вызванную изменением плотности контролируемой среды.

Погреш locTb измерения уровня при введении в устройство корректирующего 50 устройства составляет

Диам +/0,0001 + 0,0001 + 0,025/= 0,025 .

Формула изобретения ультразвуковой уравнемер, содержащий датчик типа магнитострикционной линии задержки, в состав которого входят эвуковод и расположенные на нем катушки связи и постоянный магнит передающего преобразователя, катушка связи и постоянный магнит приемного преобразователя измерительного канала, расположенные в поплавке, катушка связи и постоянный магнит приемного преобразователя опорного канала, первый и второй триггер, первый и второй двоичный счетчик, логическую схему

И, опорный генератор, отличающийся тем, что. с целью повышения точности измерения и увеличения информационной надежности, в него введены генератор пилообразного напряжения, вход которого соединен с выходом первого триггера, генератор качающейся частоты, вход катоаого соединен с выходом генератора пилообразного напряжения, а выход с катушкой связи передающего преобразователя, первый смеситель, один вход которого подключен к катушке связи приемного преобразователя измерительного канала, а другой к катушке связи приемного преобразователя опорного канала, а выход — с входом первого счетчика, выход младшего разряда которого соединен с S-входом второго триггера, а выход старшего разряда с R-входом второ о триггера, с R-входом второго счетчика, c Rвходам самого счетчика, с входом записи дополнительно введенного регистра и счетным входом первого триггера, вторая логическая схема И, один вход которой соединен с выходом второго триггера, а другой вход— с выходом опорного генератора, а выход — с входом второго счетчика, выход которого соединен с информационным входом регистра, процессор, постоянное запоминающее устройство, знергонсзависимае оперативное запамина ащ .е устройство, устройства индикаций, соединенного между собой шинами управления, адреса и данных, причем, выход регистра соединен с шиной данных процессора; дополнительчо введены и параллельна соединенных катушек связи приемного преобразователя карректиру1ащега канала и второй смеситель, на один вход которого поступает сигнал с корректирую цега канала, а на другой — с опорного канала, вторая логическая схема

И, один вход которой соединен с выходом первого смесителя, а другой — с выходом второго смесителя, - выход — с входом обработки г:рерываний микропроцессора.

1698648

1698648

Составитель П,Солдатов

Редактор T.Mîýæå÷êoâà Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Заказ 4385 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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