Акустическая система непрерывного измерения уровня и расхода

 

Применение: изобретение относится к - измерению и контролю уровня жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом. Акустическая система позволяет повысить помехоустойчи-. вость, а, следовательно, надежность и точность измерения в сложных условиях эксплуатации за счет выделения информационных сигналов на фоне помех путем накопления и запоминания их амплитуды и Изобретение относится к измерению и контролю уровня жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом. Изобретение относится к измерениям акустическими методами и может быть использовано при автоматическом дистанционном измерении и контроле уровня жидких и сыпучих, в том числе взрывоопасных, сред в различных отраслях промышленности, а также расхода жидкостей, например промышленных сточных вод в лотках и водосливах . временного местоположения, а также позволяет расширить область применения за счет обеспечения возможности контроля взрывоопасных сред. Сущность изобретения заключается в том, что акустическая система содержит генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, обратимый электроакустический преобразователь , эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управления. Новым в акустической системе является то, что вычислитель содержит квантователь, накопитель , задатчик начальник условий накопления, пороговый селектор, блок задачи режима, определителя местоположения информационного и эталонного сигналов на временной оси, блок преобразования сигна-- ла уровня в сигнал расхода, аналого-цифровой преобразователь температуры и имитатор эталонного сигнала. Кроме того, с целью повышения безопасности при контроле взрывоопасных сред система содержит блок взрывозащиты и узел гальванической развязки. 2 ил. Цель изобретения - повышение помехоустойчивости и точности измерения в сложных условиях эксплуатации и повышение безопасности при контроле взрывоопасных сред. На фиг. 1 представлена структурная схема акустической системы; на фиг. 2 - эпюры напряжений. Акустическая измерительная система содержит генератор зондирующих импульсов 1, соединенный через блок взрывозащиты 2с электроакустическим преобразователем 3, к которому прикрепСЛ С 00 W Ю О СО ы

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 F 23/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (f 0QlATEHT CCCP) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ (21) 4953127/10 (22) 14,05,91 (46) 30.04,93. Бюл. ¹ 16 (76) Л.И. Чесаков, М,Н. Шафрановский.

В.Б, Морозов, Ю.П. Кашников и С.В. Соколов (56) 1. United States Patent № 4.145,014, кл. 6 01 F23/28,,1979.

2. Авторское свидетельство СССР № 972238; кл. G 01 F 23/28, 1981. (54) АКУСТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА НЕПРЕРЫВНОГО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ И РАСХОДА (57) Применение: изобретение относится к измерению и контролю уровня жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом. Акустическая система позволяет повысить помехоустойчивость, а, следовательно, надежность и точность измерения в сложных условиях эксплуатации за счет. выделения информационных сигналов на фоне помех путем накопления и запоминания их амплитуды и

Изобретение относится к измерению и контролю уровня жидких и сыпучих сред, а также расхода жидких сред акустическим способом.

Изобретение относится к измерениям акустическими методами и может быть использовано при автоматическом дистанционном измерении и контроле уровня жидких и сыпучих, в том числе взрывоопасных, сред в различных отраслях промышленности, а также расхода жидкостей, например промышленных сточных вод в лотках и водосливах.

„„59„„1813203 АЗ временного местоположения, а также позволяет расширить область применения за счет обеспечения возможности контроля взрывоопасных сред. Сущность изобретения заключается в том, что акустическая система содержит генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь, обратимый электроакустический преобразователь, эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управления. Новым в акустической системе является то, что вычислитель содержит квантователь, накопитель, задатчик начальник условий накопления, пороговый селектор, блок задачи режима, определителя местоположения Я информационного и эталонного сигналов на временной оси, блок преобразования сигна-. (/) ла уровня в сигнал расхода, аналого-цифровой преобразователь температуры и имитатор эталонного сигнала. Кроме того, с целью повышения безопасности при контроле взрывоопасных сред система содержит блок вары воза щиты и узел гальванической развязки, 2 ил. СО

Цель изобретения — повышение помехоустойчивости и точности измерения в сложных условиях эксплуатации и повышение безопасности при контроле взрывоопасных сред, На фиг. 1 представлена структурная схема акустической системы; на фиг. 2 — эпюры напряжений.

Акустическая измерительная система содержит генератор зондирующих импульсов 1, соединенный через блок взрывозащиты 2 с электроакустическим преобразователем 3, к которому прикреп1813203 лен на строго определенном расстоянии от. излучающей поверхности рефлектор для создания эталонной базы в акустическом тракте-.эталонного акустического канала 4, Создание эталонной базы в акустическом тракте необходимо для непрерывного измерения скорости звука в нем;что, в свою очередь, позволяет автоматически исключать влияние на показания прибора различных дестабилизирующих факторов таких, как температура, влажность, давление, состав газовой среды и др, В связи с этим на входе усилителя 5 помимо отраженного сигнала, несущего информацию об уровне, присутствует эталон15 ный сигнал, несущий информацию о скорости звука в газе, К электроакустическому преобразователю 3 через блок взрывоза щиты подключен вход

Свою очередь содержит квантователь 7, накопитель 8, пороговый селектор 9, задэтчик начальных условий накопления 10,. определитель 11 местоположения эталонного сиг- 25 нала на временной оси, определитель 12 местоположения информационного сигнала на временной оси, коммутатор 13, блок определения масштаба 14, формирователь выходного сигнала 15; блок преобразо - 30 вания сигнала уровня в сигнал расхода 16, блок задачи режима 17, генератор стробиРующих импульсов 18, генератор тактовых импульсов 19, аналого-цифровой преобразователь 20 температуры акустического кэ- 35 нала, имитатор эталонного канала 21 и де Шифра-.-ор 22. В ычислител ь 6 связан через узел гальванической развязки 23 с выходным устройством 24. Измерительная систе40 ма содержит также блок управления 25 и цифровой индикатор 26. Электроакустический преобразователь 3 расположен на резервуаре 27 с контролируемой средой.

Выходом измерительной системы, помимо цифровой индикации, является аналоговый сигнал постоянного тока и две уставки сигнализации.

Акустическая измерительная система работает следующим образом, Перед нэча лом работы с помощью блока управления 25 50 системе задаются исходные данные: диапазон измерения (любой из нормального ряда от 0-0,4 до 0-40,0 м), значение выходного тоКового сигнала (одно из трех значений:

0 — 5, 0-20, 4-20 мА), функция выходного сигнала (устанавливается линейная зависи55 мость выходного сигнала от уровня при измерении уровня или линейная зависимость выходного сигнала от расхода при измерении расхода жидкости, протекаюусилителя-формирователя 5, выход которо- 20 го соединен с вычислителем 6, который в щей через канал в зависимости от его профиля), режим работы (уровнемер или дальномер), значения верхней и нижней уставок сигнализации, параметр цифрового индикатора (метры или проценты), режим измерения (с эталонным Каналом или с термометром сопротивления), Блок управления 25 представляет собой кнопочный или галетный переключатель и управляет блоком задачи режима 17, который в свою очередь управляет всеми основными узлами вычислителя 6. Основой вычислителя 6 является микропроцеСсор типа К1821ВМ85, объем ПЗУ вЂ” 6 кБ (на микросхемах типа

К573РФ5), ОЗУ вЂ” 4 кБ (на микросхемах типа

К537Р Y10). . Основными функциями вычислителя являются выделение информационных сигналов на фоне помех и формирование выходного сигнала уровнемера (расходомера, дальномера) в цифровом виде. Кром8 того, у вычислителя имеются дополнитель-. ные функций, такие как формирование тактовых импульсов, формирование стробируащих импульсов, дешифрация выходного сигнала в семисегментный код, а также преобразование линейной зависимости выходного сигнала от уровня в степенной ряд (при измерении расхода). Кроме названного микропроцессора с памятью для реализации указанных функций в состав вычислителя входит специализированная большая интегральная схема (СБИС).

При включении питания генератор тактовых импульсов 19 вырабатывает прямоугольные импульсы 28 (фиг. 2) с определенной частотой повторения в зависимости от диапазона измерения, поступающие на вход генератора зондирующих импульсов, который вырабатывает, в свою очередь, зондирующие сигналы 29 в виде радиоимпульсов прямоугольной формы, поступающие на акустический преобразователь 3. Отраженные от уровня контролируемой среды импульсы 30 и частично отраженные от рефлектора в эталонном канале 4 импульсы 31, а также импульсная помеха 32, имеющаяся в акустическом тракте. поступают на вход усилителя-формирователя 5. На входе усилителя также присутствуют зондирующие сигналы

29. Усилитель-формирователь 5 представляет собой два параллельно действующих усилителя с обьединенными соответственно входами и выходами: усилитель информационного канала с автоматической регулировкой усиления и усилитель эталонного. канала, Каждый из усилителей имеет соответствующие детекторы и коммутаторы для подключения стробирующих сигналов с вы1813203 ходов генератора стробирующих импульсов онных сигналов позволяет производить на18. На один из входов усилителя информа- дежное измерение уровня в наиболее сложционного канала (на вх. 2 усилителя-форми- ных эксплуатационных условиях, например рователя) поступает стробирующий при измерении уровня сыпучих и кусковых импульс 33, запрещающий прохождение на 5 материалов, загрузка и выгрузка которых выход усилителя зондирующего импульса сопрово>кдается черезвычайно большим

29 и эталонного 31, а на один из входов уровнем шума(до 100дБ) в широком спектусилителя эталонного канала(на вх.3усили- ре частот, а также большой запыленностью теля-формирователя) поступает стробирую- и большими углами естественного откоса щий импульс 34, запрещающий t0 контролируемого материала, что, в свою прохождение на выход усилителя всех сиг- очередь, приводит к значительному умень° налов, кроме эталонного 31. В результате на шению и флуктуации амплитуды информаобьединенном выходе усилителя-формиро- ционных сигналов, вателя 5 появляются нормализованные ви- Далее, с выхода порогового селектора 9 деосигналы: информационные 38 15 сигналы 44 поступают на блоки 11 и 12. где (отраженные от уровня), эталонные 35 и сиг- определяется местоположение на временналы помехи 37, которые поступают на вход ной оси соответственно эталонного и инквантователя 7. На первый вход квантовате- формационного сигнала (сигналы 46 и 47). В ля 7с выход блока задачи режимов 17 посту- блоке определения масштаба 14 операцией пают сигналы квантования 38, в результате 20 деления числа, соответствующего времени чего на выходе квантователя 7 сигналы име- прихода информационного сигнала (47), на ют вид: информационный сигнал 40, эталон- число, соответствующее времени прихода ный сигнал 39, сигналы помехи 41. эталонного сигнала (46), вычисляется масшФункционирование последующих бло- таб времени прихода информационного ков вычислителя 6 осуществляется следую- 25 сигнала (48). щим образом. Сначала происходит Выходной сигнал прибора в цифровом выделение информационных сигналов на видеформируется в блоке 15 в зависимости фоне помех. Для этого в накопителе 8 осу- . от заданного режима работы измерительществляется суммирование всех приходя- ной системы, В режиме измерения уровня щих сигналов в одноименных интервалах 30 информация может быть сформирована времени за 32 периода тактовой частоты. пропорционально метрам (сантиметрам)

Так как эталонные и информационные (от- или процентам от верхнего предела измерераженныеотуровня)сигналы представляют ния, В режиме измерения расстояния форсобой регулярные посылки, поступающие мируется сигнал, пропорциональный на вход накопителя с определенной часто- 35 метрам (сантиметрам). той повторения, а сигналы помехи пред- Для выдачи информации на цифровой ставляют собой хаотические сигналы, то за индикатор 26 предусмотрен дешифратор 22

32 периода накопления произойдет ампли- для преобразования сигналов в семисегтудное превышение эталонных и информа- ментный код, цифровой выходной сигнал с ционных сигналов над сигналами помехи, 40 выхода формирователя 15 поступает на

На выходе накопителя 8 сигналы будут блок 16 преобразования сигнала уровня в . иметь вид 42. Затем порогом ограничения сигнал расхода. Если начальными условйя43 в пороговом селекторе 9 выделяются сиг- ми предусмотрена работа измерител ьной налы 44, амплитуда которых превысила 13 системы в режиме измерения уровня, то единиц (т.е. сигналы в определенный мо- 45 цифровой выходной сигнал проходит блок мент времени присутствовали более чем в 16 без изменений и поступает на узел галь13 периодах из 32). Для частичного сохране- ванической развязки 23. ния информации при переходе от одного Если предусмотрена работа системы в цикла накопления к другому в тех интерва- режиме измерения расхода текущей жидколах времени, где пороговым селектором 9 50 сти, то, в зависимости от профиля лотка или было. зафиксировано наличие сигналов 44, водослива (через которые течет жидкость и вводятся начальные сигналы 45 амплитудой над которыми размещается электроакусти5 единиц, которые с выхода задатчика на- ческий преобразователь 3), при помощи чальных условий накопления 10 поступают блока управления 25и, соответственно, блона первый вход наКопителя. 55 ка задачи режима 17 дается в блок 16 пре Выделениесигналовэталонного канала образования сигнала уровня в сигнал происходит одновременно с выделением расхода соответствующая команда и цифинформационных сигналов (сигналы 44), ровой сигнал возводится в степень, наприТакой алгоритм накопления, запомина- мер в степень 3/2 для лотка типа Вентури, ния и выделения из фона помех информаци- в степень 5(2 для лотка, имеющего конус1813203 ное сечение, или формируется другая зависимость, например синусаидальная для водосливов, имеющих трубное сечение.

С блока задачи режима 17 в блок 16 дается также команда на формирование 5 цифровых сигналов, соответствующих двум уровням сигнализации.

Перед поступлением:на узел гальванической развязки (основой которога может быть оптранная пара) выходной сигнал в 10 блоке 16 преобразуется в последовательный код.

Цифровой сигнал, пропорциональный уровню или расходу, с выхода блока 16 че. рез узел гальванической развязки 23 посту- 15 пает на выходное устройство 24. Выходное устройство представляет собой интегратор и усилитель постоянного тока для формирования токового выходного сигнала, а также два релейных каскада для формирования 20 двух уставок сигнализации (например верхнего и нижнего уровня).

В рассматриваемой системе предусмотреноо измерение уровня или расхода не только с эталонным каналом, но и без него — 25 режим работы с термометром. В этом случае в акустический тракт вводится термометр сап рати влен ия (конструктивно он может быть выполнен заодно с электроакустическим преобразователем 3), сигнал с котора- 30 го, пропорциональный температуре акустического тракта, через узел взрывазащиты и аналого-цифровой преобразователь

20 поступает на имитатор эталонного сигнала 21. Имитатор эталонного сигнала включа- 35 ется Ilo соответствующей команде с блока задачи режима 17, с которого также поступает соответствующая команда на коммутатор 13. 8 результате этого на блок определения масштаба 14 через каммута- 40 тор 13 поступает имитируемый эталонный сигнал, положение на временной аси которого определяется температурой в. акустическом тракте йзмерительной системы.:

Блок взрывозащиты может быть выпал- 45 нен в виде набора соответствующих ограничител ьн ых радиоэлементов (резисторов, стабилитронов) в токаведущих цепях, кбтарые связывают электроакустический преобразователь 3 с генератором зондирующих 50 импульсов 1, усилителем-формирователем 5 и аналого-цифровым преобразователем температуры 20.

Таким образом предлагаемая измерительная система позволяет повысить поме- 55 хоустойчивость и точность измерения в сложных условиях эксплуатации и повысить безопасность при контроле взрывоопасных сред.

Формула изобретения

Акустическая система непрерывного измерения уровня и расхода. содержащая генератор зондирующих импульсов, усилитель-формирователь; обратимый электроакустический преобразователь, эталонный акустический канал, вычислитель, выходное устройство, цифровой индикатор и блок управления, отличающаяся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости и.точности измерения за счет уменьшения влияния производственных шумов и повышения безопасности при контроле взрывоопасных сред, в нее дополнительно введены блок взрывазащиты и узел гальванической развязки, причем первый вход блока взрывозащиты соединен с объединенными выходом генератора зондирующих импульсов и первым входом усилителя-формирователя, а второй вход блока взрывозащиты соединен с первым входом вычислителя, при этом первый и второй выходы блока взрывозащиты соединены с со ответствующими .. входаМи электроакустического преобразователя; а узел гальванической развязки включен между первым выходом вычислителя и входом выходного устройства, а вычислитель выполнен в виде квантавателя, накопителя, порогового селектора, задатчика начальных условий накопления, определителя местоположения эталонного сигнала на временной оси, определителя местоположения информационного сигнала на временной оси, имитатора эталонного сигнала,.коммутатора, блока определения масштаба, формирователя выходного сигнала, генератора стробирующих импульсов, генератора тактовых импульсов, дешифратора блока ripeобразования сигнала уровня в сигнал расхода, аналого- цифровога преобразователя температуры и блока задачи режима, причем выход усилителя-формирователя через квантователь, накопитель и пороговый селектор соединен с объединенньчм входами определителя местоположения эталонного ситнала на временной оси и определителя местоположения информационнага сигнала на временной оси, выходы которых соединены с соответствующими входами блока определения масштаба, причем выход определителя местоположения эталонного сигнала на временной оси ñîeдинен с входам блока определения масштаба через коммутатор, выход порогового селектора через задатчик начальных условий накопления соединен также с первым входом накопителя, а выход блока определения масштаба соединен с первым входом

1813203

10 формирователя выходного сигнала, выход блока управления соединен с входом генератора стробирующих импульсов. а выходы

его соединены соответственно с вторым и третьим входами усилителя-формирователя, второй выход блока задачи режима через генератор тактовых импульсов соединен с генератором зондирующих импульсов, а третий — седьмой выходы соединены соот- ветственно с первым входом квантователя, вторым выходом формирования выходных сигналов, первым входом коммутатора, первым входом имитатора эталонного сигнала и первым входом блока преобразования сигнала уровня в сигнал расхода, а выход аналого-цифрового преобразователя температуры соединен с вторым входом имитато5 ра эталонного сигнала, выход которого соединен с вторым входом коммутатора, . при этом первый выход формирователя выходного сигнала через дешифратор соединен с цифровым индикатором, а второй

10 выход через блок преобразования сигнала уровня в сигнал расхода и узел гальванической развязки соединен с выходным устройством.

1813203

% Э

Составитель Л.Чесаков

Техред M.Ìoðãåíòàë

Редактор

Корректор Л.Пилипенко

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

Заказ 1595 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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