ЭЛЕКТРОННО-АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ И ДЛИНЫ ТРУБ

Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах, ненапорных трубах.
Известны электронно-акустические устройства для измерения расстояний, основанные на фиксации времени распространения посланного и отраженного акустических импульсов в направлении контролируемого расстояния [Горбатов А.А., Рудашевский Г.Е. Акустические методы и средства измерения расстояний в воздушной среде, М., Энергия, 1973 г.; патент RU №2052768б G 01 В 17/00, 1996; полезная модель RU №7492, G 01 B 17/00, 1998; полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Известны также уровнемеры, принцип которых основан на отражении акустического сигнала от контролируемой жидкости [патенты SU №1530927, G 01 F 23/28, 1989, SU №1813203, G 01 F 23/28, б.и. №16, 1993]
Прототипом заявляемой полезной модели является электронно-акустическое устройство [полезная модель RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002]. Недостатком указанного устройства является небольшой диапазон измеряемых длин. Действительно способ регистрации отраженного сигнала с помощью компаратора не позволяет достичь высокой чувствительности: отраженный сигнал от окалины, грязи или шероховатости трубы, расположенной близко к измерительному прибору может оказаться значительно сильнее, чем отражение от более удаленной границы сред измеряемого уровня жидкости и может вызвать ложное срабатывание компаратора.
Поставлена задача увеличения диапазона измерения уровня жидкости путем учета реальных условий распространения акустического сигнала.
Решение поставленной задачи достигается тем, что в известное устройство, содержащее излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов и два приемника, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, согласно полезной модели, дополнительно введен блок управления чувствительностью приемников.
Сущность полезной модели поясняется на рисунке 1, где изображена структурная схема предложенного устройства. На рисунке 2 - зависимость мощности принимаемого сигнала, отраженного от границы сред от времени t, на рисунке 3 - диаграмма принимаемых импульсов.
Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измерительной трубы (волновода) 3, к которому подведен также
приемник отраженного сигнала 4 и отнесенный от него на фиксированное расстояние «d» дополнительный приемник акустического сигнала 5. Выходы приемников акустического сигнала 4 и 5 подключены к устройству вычисления скорости звука в среде 6 и электронному устройству обработки 7, выход которого подключен к индикатору 8. Управляется прибор с помощью клавиатуры 9, которая подключена к устройству обработки 7. В устройство согласно полезной модели добавлен блок управления чувствительностью приемников 14, выход которого подключен к входам управления чувствительностью приемников. Сигнал с генератора 1 также поступает в блоки 6, 7, 14 для задания начала времени распространения звука в волноводе. Устройства 1, 2, 4-9, 14 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 10. Волновод установлен в баке или водоеме 11.
Проходя по волноводу, акустический сигнал 12 отражается от границы сред 13 и возвращается к приемникам 4,5. Одновременно часть сигнала отражается от окалины, грязи или шероховатости трубы 15 и также возвращается к приемникам. При близком расположении к измерителю препятствия 15 мощность отражения от последнего может быть больше, чем от границы сред 13, находящейся на значительном удалении. Таким образом, рассматривая с помощью компаратора только амплитуду принимаемого сигнала при большом диапазоне измерений невозможно однозначно определить границу сред.
Для определения границы сред в большом диапазоне измеряемых уровней предлагается использовать блок управления чувствительностью 14. Зависимость мощности принимаемого сигнала Р, отраженного от границы сред 13 от времени прохождения t, которое непосредственно связано с уровнем измеряемой жидкости Н имеет следующий вид:
где k - коэффициент отражения мощности от границы сред
0
P - излучаемая излучателем 2 мощность
ε- коэффициент поглощения среды, зависящий от температуры, влажности, давления и состава воздуха.
пр
Зависимость мощности принимаемого сигнала от времени t, зависящего от уровня Н, показана на рисунке 2 жирной линией. Если изменять уровень срабатывания компаратора, как показано на рисунке 2 пунктирной линией, можно избежать срабатываний при отражении от ложных препятствий 15. Блок управления чувствительностью 14 формирует опорный сигнал для компараторов приемников по закону (1), с уровнем меньше около 20%, необходимым для четкой регистрации отраженного от границы сред импульса. Таким образом, отражение от препятствия 15 (U
отр
на рисунке 3) не вызывает срабатывания компаратора, так как в момент прихода импульса уровень срабатывания компаратора слишком высок, однако чуть позже меньший по уровню полезный сигнал U будет принят.
Процесс измерения выглядит следующим образом. Генератором 1 и излучателем 2 формируется излучающий импульс, одновременно с ним блок управления чувствительностью начинает формировать опорное напряжение (уровень) для срабатывания компараторов приемников 4, 5, как было сказано выше. Учитывая, что коэффициенты в (1) зависят от условий среды не более чем на 10%, можно внести их в устройство управления чувствительностью как постоянные коэффициенты. Также для значительного упрощения устройства можно использовать несколько дискретных значений опорного напряжения компаратора, последовательно уменьшая их со временем. В момент работы излучателя 2 срабатывания компаратора приемника игнорируются, иначе сигнал, сразу принимаемый прибором, вызовет срабатывание. Сам процесс измерения проходит согласно полезной модели RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002 или более ранних.
Устройство позволяет расширить диапазон измерения уровня жидкости Применение устройства также эффективно для измерения длины труб.