Ультразвуковой уровнемерёf^ j^n г- /^ ^"^ • --ч ^-. г .i :c- «_^ecvfox;^[.-t..,,,!^-:г?;^-:;,''^геща?о^.^^^• ^^-^гм^^

 

32834I

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Соме Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 09.1Х.1969 (№ 1358159/18-10) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 02.11.1972. Бюллетень № 6

Дата опубликования описания 29.II I.1972

М. Кл. G 01f 23/28

Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Ъ ДК 681.128.82(088.8) Авторы изобретения

Б. Е. Михалев, В. М. Клячко и П. К. Дрожжин

Заявитель

УЛЬТРАЗВУКОВОИ УРОВНЕМЕР

Изобретение касается измерительной техники в частности приборов для измерения уровня жидкости и может найти применение, например, в судостроении для определения высоты уровня жидкости в цистернах, а также в криогенной технике.

Известны уровнемеры, содержащие датчик, генератор, усилитель и выходное показывающее устройство. Однако они характеризуются нестабильностью уровня принятого сигнала от формы уровня жидкости (волнение, наклоны).

При значительном наклоне жидкости сигнал, отраженный от границы раздела газ — жидкость, может не попасть на приемник. Они не могут быть использованы для измерения уровня при давлениях в несколько сотен атмосфер.

Предлагаемый уровнемер отличается от известного тем, что в нем датчик выполнен в виде возбуждающего и приемного электроакустических преобразователей, соединенных ленточным волноводом, а генератор непрерывных колебаний подключен через ключевой каскад, управляемый хронизатором ко входу усилителя мощности, выход усилителя мощности подключен к передающему. преобразователю, приемный преобразователь датчика соединен со

ВХОДОМ УСИЛИТЕЛЯ, ВЫХОД KOTOPOI 0 ПОДКЛЮчен к одному из входов фа ометра, второй вход фазометра подключен к выходу генератора непрерывных колебаний, выход фазометра соединен с регистрирующим устройством. Это повышает надежность и точность измерения.

5 На фпг. 1 изображена блок-схема предлагаемого уровнемера; на фпг. 2 — конструкция преобразователя; на фпг. 3 — диаграмма напряжений.

Описываемый уровнемер состоит из генера10 тора 1 тактовых импульсов (хронизатора), генератора модулпрующего напряжения кипп-реле 2, ключевого каскада 3, генератора

4 непрерывных колебаний ультразвуковой частоты, усилителя 5 мощности, соединенного с

15 датчиком б. Выход датчика подключен к приемному усилителю 7, выход усилителя соединяется с фазометром 8, роль которого выполняет суммирующий каскад. Второй вход фазометра подключен к генератору 4 непре20 рыв IbIx колебаний, выход фазометра подключен к детекторно-ключевому устройству 9, второй вход которого соединен с генератором 10 стробирующего напряжения. Выход фазометра нагружен на индикаторное уст25 ройство 11, по которому ведется отсчет измеряемого уровня. Датчик б имеет корпус перфорированную трубу 12 (см. фиг. 2), в которой на опорных крышках И закреплен ленточный волновод 14. Длина Н волновода (см.

Зо фиг. 1) выбирается из требований к макси328341

3 мальной высоте измеряемого уровня 11, ширина — из конструктивных соображений, а толщина а определяется из соотношения

2 1 1 1 а В б 2 В 4

E а

В= .—; 1» =Ра; >=2-f, 1 — .- —,2 где f — частота генератора нопрсрыBllhlx 1р колебаний; р)к — плотность и(идкости; р — плотность материала волновода;

Š— M op) JI b Ю и г 11 да; 15

0 — коэффициент П ассопа мат(11 IIII ë;1 волповода.

Эта формула пригодна для случая использования фазометров со шкалой от 0 до л.

При использовании фазометров со шкалой оТ 2р

0 до 2д, в левой части уравнеш1я следует писать 2д.

Передающий электромеханпческпи преобразователь, содержащий г1акет пьезокерампческих пластин 15, концентратор 1б, кабельный гермовывод 17 и корпус с флапцем 18, крспится при помощи фланцевого соединения в горловине датчика 19, расположенной на высоте верхнего измеряемого уровня. Длина пакета пьезокерамических пластин - выбирается 30 примерно равной половине длины волны ультразвука в материале пьезокерамики; ширина пластин и его толщина примерно равны ширине ленточного волповода. Пластш1ы соединены электрически последовательно, а механп- 35 чески параллельно п приклеены эпоксидной смолой к торцу концентратора. Концентратор вваривается в районе узловой линии в корпус преобразователя; в противоположном конце корпуса имеется гермопереход, обеспечиваю- 40 щий герметизацию внутреннего объема преобразователя от внешней среды, В гермопереходе производится разделка кабеля 20, соединенного с электронным блоком. Приемный преобразователь устроен аналогичным обра- 45 зом и крепится к корпусу датчика в горловине на высоте нижней отметки измеряемого уровня, Тактовый генератор 1 вырабатывает последовательность коротких (несколько микросе- 50 кунд) импульсов. Период следования определяется условиями прекращения реверберации в датчике и выбйрается равным 2500 л1к/сек

U1. Эти пм пульсы подаются на генератор 1 модуляционного напряжеш1я и кпгш-реле, вы- 55 дающего прямоугольные импульсы длительностью, определяемой временем прохождения сигнала по волноводу от передатчш(а до приемника и равного нескольким сотням л1к/сек

U2. Эти импульсы открывают ключевой кас- 60 кад, на второй вход которого подается высокочастотное напряжение от генератора 4 непрерывных колебаний U3. На выходе кл1очевого каскада получаются П-образные импульсы с радиозаполнением U4. Они усплива1отся и 65

4 подаются на передающий преобразователь датчика б. Пьезокерамические пластины преобразуют электрический сигнал в ультразвуковой, который возбуждает концентратор, конец концентратора совершает продольные колебания, возбуждающие в ленточном волноводс деформацшо изгиба. Изгибная ультразвуковая волна достигает приемного преобразо1вателя и преобразуется в электрический сигнал, фаза которого зависит от длины волновода, скорости распространения волны в волноводе, т, е. в конечном итоге от высоты уровня жидкости. Прпнятьш спг11ал усиливается и подастся па вход фазометра U„ . Фазометр выполняется, например, в виде сумматора, на один пз входов которого подается сигнал, а па другой опорное напряжение от генератора

4 lie»pcpIIII»llx колебаний, Амплитуда сигналов с выхода прпемгшка и опорного напряжения выбирается равной, что обеспечивается автоматической регулировкой усиления в усил11теле и применением ограничивающих элементов на выходе. На выходе суммирующего каскада в момент действия приемного сигнала получается напряжение U<, амплитуда которого будет функцией от соотношения фаз сигналов (опорного и принятого). При совпадении фаз амплитуда равна двойной амплитуде; при разнице фаз, равной л (180 ),— равна нулю. - U заш1мает промежуточное значение по закону

U.«- =2U,„cos 1 — 11 х 2 1 при разности фаз равной rp.

Со стробирующего каскада подается П-образньш импульс, сдвинутый на время, равное среднему времени прохождения импульса по волноводу, и длительности несколько короче модулпруюшего импульса (для исключения переходных процессов в тракте и уходе импульса при изменении уровня) U7. Последний подается на детекторно-ключевое устройство

9, преобразующее амплитуду суммарного сигнала в разрешенном интервале времени в постоянный ток, величина которого измеряется, например, мпкроамперметром. При исполнении фазометрической схемы с использованием триггера допускается изменение фазы от 0 до

21т, что вдвое увеличивает высоту измеряемого уровня при той же частоте и толщине волновода.

Предмет изобретения

1, Ультразвуковой уровпемер, содержащий датчик, генератор, усилитель и выходное показывающее устройство, отличсиои1ийся тем, что, с целью повышения надежности и точности измерения в нем, датчик выполнен в виде возбуждающего и приемного электроакуcIII««c1(IIx преобразователей, соединенных лен. точным волноводом с толщиной, выбранной пз условия, обеспечивающего отсутствие излучс1шя ультразвуковых колебаний из волновода в жидкость и изменение фазы принятого

328341

Фиг. 1 сигнала при изменении уровня от нуля до максимума не более 2л, а генератор непрерывных колебаний подключен через ключевой каскад, управляемый хронизатором, ко входу усилителя мощности, выход усилителя мощности подключен к передающему преобразователю да11шка, приемный преобразователь датчика соединен со входом усилителя, выход которого подключен к одному из входов фазометра, второй вход фазометра подключен к выходу генератора непрерывных колебаний; выход фазометра соединен с регистрирующим устройством.

2. Уровнемер по и. 1, отличиюцийся тем, что в приемном и передающем преобразователях пьезоэлементы выполнены в виде прямоугольных пластин, длина которых выбирается равной половине длины волны продольных колебаний в пьезокера мике; при этом пластины соединены электрически последовательно, механически параллельно и склеены эпоксидной смолой в единый пакет, который приклеен к торцу концентратора ноже. вого типа, закрепленного в узловой линии в корпусе преобразователя, потенциальный

1О электрод от пьезоэлементов выведен через изоляционный гермопроход высокого давления; рабочий конец концентратора прижат к ленточному волноводу, закрепленному в крышках перфорированной трубы, являющейся

15 корпусом датчика, к которому через боковые фланцы крепятся преобразователи.

328341

Составитель 3. Гиндин

Корректоры: С. Сатагулова и Т. Гревцова

Редактор Т. Шагова

Техред Т. Ускова

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 670/15 Изд. № 179 Тираж 448 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, 7К-35, Раушская наб., д. 4/5