Устройство для контроля физических параметров жидких сред в закрытых емкостях

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОП ИСАНИЕ

ИЗОЬГЕтЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (1) 5892p3

>

1н

2 (51) М. Кл

Ст 01 М 29/00 (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22)Заивлено 10,08.75 (21) 21 65624/10 с присоединением заявки ¹о(23) Приоритет

Ст01 Г 23/28

Гасударственный комитет

Соаата Министров СССР оо делам нзооретаннй и открытнй (43) Опубликовано25.03.78. Бюллетень №11 (53) УДК 681.128.8 (088.8) (45) Дата опубликования описания /5. 03. 7Я, Н. И, Бражников (72) Автор изобретения (71) Заявитель

Всесою зный научно-исследовательский и конструкторский институт "Цветметавтоматика" (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ

ЖИДКИХ СРЕД В ЗАКРЫТЫХ СОСУДАХ

Изобретение относится к технике контроля параметров жидкостей в промышленных резервуарах, например их уровня и плотности.

Известны устройства для дискретного контроля уровня it, lKocTH в закрытых резервуарах, содержащие:.ва преобразователя, включенные в цепь положительной обратной связи усилителя (1). Эти устройства имеют недостаточную эксплуатационную надежность при контроле суснензий и гидропульп, характеризующихся повышенным затуханием ультразвука.

Ближайшим по техническому решению к предлагаемому является устройство, содержащее два устанавливаемых на фиксированном друг от друга на внешней поверхности емкости идентичных клиновых преобразователя. соединенных последовательно один с усилителем моьцности и возбудителем, а дрязгой —: усилителем, селективным каскадом, детекторцм и измерительным каскадом (2) .

Недостатком этого устройства является значительная зависимость точности и надежности контроля от температуры и непостоянство толщины стенок емкости с жидкостью.

Цель изобретения — — повышение точности измерения жидкостей с параболической температурной зависимостью скорости распространения упругих колебаний.

Для этого в предлагаемом устройстве клиновые преобразователи выполнены демпфированными и введены последовательно соединенные синхронизатор, блок задержки, формирователь строб-импульса, подключенные — синхро5 низатор к входу возбудителя, а формирователь строб-импульса к селекторному каскаду, включенному между усилителем и детектором.

Кроме того, внутренняя полость преобразователя футирована материалом с пониженной теплопроводностью, а демпфированный пьезоэлемент герметично закреплен мембраной, выполненной из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу контактной жидкости и снабженной кольцом уплотнения.

На фиг. 1 представлена структурная схема 5 предлагаемого устройства; на фиг. 2 — общий вид преобразователя.

Устройство содержит два идентичных клиновых преобразователя 1 и 2, устанавливаемых встречно на фиксированном расстоянии друг от друга на внешней поверхности емкости 3 в с контролируемой жидкостью; усилитель мощности 4, соединенный с преобразователем 1; подключенную к преобразователю 2 последовательно соединенную цепь, состоящую из усилителя 5, детектора 6 огибающей и из измерительно-регистрирующего блока 7; последовательно соединенные возбудитель 8; им599203 пульсный синхронизатор 9; блока 10 задержки; подключенный к выходу импульсного син:ронизатора, формирователь 11 строб-импульсов и селекторный каскад 12, включенный между выходом усилителя 5 и входом детектора 6 огибающей. В корпус 13 каждого из преобразователей выполненного полым, с герметично закрываемым отверстием 14 для заполнения контактной жидкостью 15 полости 16, которая футерована материалом с пониженной теплопроводностью, установлен демпфированный пье- в зоэлемент 7 на герметично закрепленной мембране 18, выполненный из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу контактной жидкости, например фторопласта.

Установочный фланец 19 преобразователя име- . ет замкнутую выточку, в которой полуутоплено кольцо 20 герметизации.

Мембрана 18 герметично установлена в корпусе 13 посредством резьбового кольца 21, имеющего прорезь, и уплотнительного кольца 22, утапливаемого мембраной в выточку в буртике корпуса. Демпфер 23, установленный на нерабочей поверхности пьезоэлемента 17 с обеспечением акустического контакта, изготовлен из электропроводящего материала, ndпример на основе токопроводящего клея с порошковым наполнителем. Втулка 24 с,:ужит для изоляции демпфера от кольца 21 и соответственно от корпуса 13 преобразователя.

Электрическое соединение нулевой обкладки пьезоэлемента 17 с корпусом осуществляется с помощью пружинящего контакта 25 утапливаемого пьезоэлементом в лунку, выфрезерован- 30 ную в мембране 18. Соединение экранной оплетки 26 соединительного коаксиального каоеля 27 с корпусом 13 (следовательно, и с нулевой обкладной пьезоэлемента осуществляется через металлическую резьбовую Kpbnllку 28, к торцовой выточке которой оплетка 26 прижата резьбовой изоляционной втулкой 29.

Электрическое соединение потенциальной обкладки пьезоэлемента 17 с токоведущей жилой кабеля 27 осуществляется через электропроводя ций демпфер 23, спиральную пружину 30 и контактную втулку 31, в которой распаяна жила кабеля.

Вывод кабеля из крышки 28 герметизирован кольцом 32 полимеризовавшегося эпоксидного клея. Герметизация соединения крышки

28 с корпусом 13 преобразователя обеспечивается уплотнительным кольцом 33.

Возбудитель 8 выполнен по схеме формирователя широкоспектральных импульсов. Запускаемый периодическими сигналами синхронизатора 9 он вырабатывает широкоспектральные импульсы электрического напряжения, которые 50 поступают через усилитель мощности 4 по кабелю 27 в преобразователь 1 на его пьезоэлемент 17. Последний излучает через жидкость

15 в стенку емкости 3 импульсы с расширенным спектром упругих колебаний, имеющими относительную ширину спектра, превышающую относительную величину диапазона толщин стенок закрыгых емкостей (с учетом их абразивного или коррозионного износа).

В жидкостном звукопроводе излученные упругие колебания падают на стенку емкости 3, ьг заполненной контролируемой жидкостью 34 по углом g обеспечивающим соотношеним скорости следа C /SinO падающей волны импульсных упругих колебаний и скорости распространения C„, возбуждаемой в стенке моды нормальной волны близким к единице (С» — скорость распространения колебаний в клине 24 преобразователя). Скорость следа устанавливается так, чтобы в диапазонах частот колебаний и толщин стенки в последней возбуждалась только одна мода нормальной волны. Далее принимают другим клиновым преобразователем 2 возбужденную моду нормальной волны после прохождения фиксированного пути в стенке емкости 3 и преобразуют в электрический импульсный сигнал, имеющий период следования и частоту несущей импульсов упругих колебаний.

Поскольку при обычно используемой постоянной частоте излучения изменение толщины стенки емкости 3 влечет за собой изменение скорости распространения С„возбужденной моды колебаний, это изменяет интенсивность данной моды в стенке из-за несоблюдения равенства

С;;= С,/SinO и соответственно вызывает значительную погрешность измерений.

В предлагаемом устройстве, благодаря наличию спектра частот излученных колебаний, всегда имеется частотная составляющая, для которой выполняется соотношение C = С,/SinO, вследствие чего амплитуда огибающей принятого сигнала А на демпфированном приемном преобразователе 2 будет иметь весьма слабую зависимость от частоты.

Амплитуда огибающей принятого импульсного сигнала А имеет следующую зависимость от плотности р контролируемой жидкости и пути 1 распространения волны в стенке емкости:

А=А,,с " " (1) где А, — амплитуда огибающей принятого сигнала при отсутствии жидкости в емкости; а — абсолютный коэффициент затухания, имеющий размерность, обратную произведению размерностей плотности р и пути 1, зависящий от типа контролируемой среды и частоты упругих колебаний.

Поскольку многократно отраженные сигналы в полости 16 жидкостного преобразователя могут вызывать побочные моды колебаний по стенке емкости 3, поступающие в приемник 2, для исключения их поступления в детектор 6 огибающей используется селекторный каскад

12, отделяющий информативный сигнал от помех. Кроме того, применение каскада 12 обеспечивает функционирование устройства в емкостях с близко расположенной противоположной (относительно места установки устройства), стенкой, селектируя сигнал от отраженной внутри емкости.

Этот каскад запускается формирователем

11 строб-импульсов с задержкой относительно возбуждения преобразователя 1, создаваемой блоком 10. Эта задержка установлена равной времени распространения колебаний между пьезоэлементами преобразователей 1 и 2. Длительность строб-импульса равна длительности информативного импульсного c>:ãnàëà на преобразователе 2.

599203

25

Формула изобретения

Увеличение отношения уровня сигнала к уровню отражений и соответственно помехоустойчивость и точность контроля, улучшаются также выполнением мембраны из материала (фторопласта), близкого по импедансу к жидкости 15. В качестве последней используется раствор, имеющий вершину параболической зависимости скорости распространения упругих колебаний при средней рабочей температуре в емкости. В частном случае, если средняя рабочая температура составляет 70 — 80 С, в качестве такой жидкости используется вода.

После усиления в усилителе 5 детектором 6 выделяют сгибающую сигнала.

Детекторный сигнал на входе измерительно-регистрирующего блока 7 имеет амплитуду, экспоненциально ослабляюшуюся с увеличением плотности жидкости. Регистрация в блоке

7 этого ослабления дает информацию с плотности контролируемой среды и тем самым о типе среды, находящейся в резервуаре на заданном уровне (например, жидкость или воздух).

При сигнализации уровня жидкости измерительно-регистрирующий блок выполняется в виде релейного блока с визуальной индикацией и с выходом в систему автоматики.

Устройство для контроля физических параметров жидких сред в закрытых емкостях, содержащее два устанавливаемых на фиксированном расстоянии друг от друга на внешней поверхности емкости идентичных клиновых пре образователя, соединенных последовательно один с усилителем мощности и возбудителем, а другой — - с усилителем, селективным каскадом, детектором и измерительным каскадом, отлинаюшееся тем, что, с целью повышения

>0 точности измерения жидкостей с параболической температурной зависимостью скорости распространения упругих колебаний, в нем клиновые преобразователи выполнены демпфированными и введеHhl последователь 10 соединенные синхронизатор, блок задержки, формирователь строб-импульса, подключенные-cHI

2. Устройство по в. 1, отличаю иеесч тем, что. внутренняя полость преобразователя футипована материалом с пониженной теплопро-! водностыо, а демпфированный пьезоэлемеHT герметично закреплен мембраной, выполненный из материала с акустическим импедансом, близким к импедансу контактной жидкости и снабженной кольцом уплотнения.

Исто шики информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Лвторскос свидетельство ¹ 250481, зо -„„C 01 F 23,28

2. Авторское свидетельство № 343155, кл. С1 О! Е 23 28, 1971.

599203

Составитель H. Фомичев

Текред О. Луговая Корректор А. Гриценко

Тираж 112 Подписное

Редактор Киселева

Заказ 1401/35

ЦНИИПИ Государсгвенно о комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, .Москва, Я-35, Раушская наб. д. 4,5

Филиач. ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4 о ч

22