Ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре

, Устройство относится к контрольно-измерительной технике, в частности, к ультразвуковым измерителям уровня, и может быть использовано для измерения уровня жидкости в резервуарах. Известны ультразвуковые устройства для измерения уровня жидкости в резервуаре, содержащие электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью резервуара, и электронный блок приема-передачи и обработки информации {1+3. Недостатком известных устройств является малая точность. Недостаток известных устройств объясняются следующим образом. Измерение уровня в них производится на основании измерения времени прохождения в среде ультразвукового импульса и априорно заложенного значения скорости звука. В связи с тем, что скорость звука в жидкостях и газах зависит от температуры, давления, наличия примесей и т.д. 4+6, для использования известных устройств необходимо априорное знание скорости звука в рабочей среде - содержимом резервуара - с высокой точностью и степенью достоверности, что не всегда возможно. По технической сущности наиболее близким к предлагаемому является ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуарах, содержащее электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара, соединенный с первым входом электронного
блока приема-передачи и обработки информации, и второй электроакустический
преобразователь, контактирующий с боковой поверхностью резервуара на уровне заведомо ниже минимального уровня жидкости в резервуаре на известном расстоянии L от противоположной стенки резервуара, соединенный со вторым входом электронного блока приема-передачи и обработки информации 7.
Недостатками известного устройства являются ограниченная область применения и малая точность.
Недостатки известного устройства объясняются следующим образом.
Применение известного устройства возможно только в тех случаях, когда возможна постановка на боковую стенку резервуара второго электроакустического датчика. В том случае, если боковая стенка резервуара покрыта теплоизоляцией, на ней установлена арматура, элементы конструкции и т.д., установка второго электроакустического датчика на боковой стенке невозможна.
Изменение температуры рабочей жидкости, уровня налива, ветровая нагрузка, деформация резервуара приводят к отклонению истинного значения мерной базы  от заложенного в расчетной формуле значения мерной базы L.
Кроме того, установка второго электроакустического преобразователя на боковой стенке резервуара позволяет определить скорость звука в рабочей среде на том горизонте, на котором он расположен. Однако, в силу ряда факторов сжимаемости рабочей среды, наличия распределения температуры, распределение плотности (особенно при измерении взвесей и механических смесей) - в резервуарах присутствует неучитываемое распределение скорости звука по вертикали, отличающееся от измеренного при помощи второго электроакустического преобразователя.
Задачей полезной модели является устранение указанных недостатков.
Техническим результатом при этом является увеличение точности измерений и расширение области применения устройства.
Для достижения указанного технического результата в ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре, содержащее первый электроакустический преобразователь, контактирующий с наружной поверхностью днища резервуара, подключенный к первому входу электронного блока приема-передачи и обработки информации, второй электроакустический преобразователь, подключенный ко второму входу электронного блока приема-передачи и обработки информации, введены новые признаки: а именно второй электроакустический преобразователь также контактирует с наружной поверхностью днища резервуара, при этом в резервуаре на уровне Н, заведомо ниже минимального уровня жидкости в нем, соосно второму электрическому преобразователю установлен плоский акустический отражатель.
Наилучшие результаты достигаются в том случае, если уровень Н удовлетворяет соотношению
;
А(1)
где h - толщина стенки резервуара;
Ро - плотность рабочей жидкости;
р - плотность материала стенки резервуара.
а диаметр плоского акустического отражателя D, диаметр электроакустических преобразователей d, расстояние между центрами первого и второго электроакустических преобразователей 1, и уровень установки плоского акустического отражателя Н удовлетворяют соотношениям: д т „ 59°Я D w-ь-иг+т(2) arctg  где Я - длина звуковой волны в жидкости. а неплоскосность (угол между плоскостью акустического отражателя и щем резервуара) а удовлетворяет соотношению а  arcsin- Достижение положительного результата объясняется тем, что установка плоского акустического отражателя (реперной площадки) в рабочей среде соосно со вторым электроакустическим преобразователем, контактирующим с днищем резервуара, на расстоянии Н обеспечивает измерение скорости звука в рабочей среде с учетом распределения ее по вертикали. Условие (1) я в соответствии с результатами работы 8 обеспечивает уменьшение уровня свободных колебаний в механической системе стенка резервуара рабочая среда, возникающих после окончания посылки импульса и препятствующих обнаружению отраженного от границы раздела импульса на 40 дБ. Условие (2) с учетом того, что ширина основного лепестка характеристики направленности электроакустического преобразователя равна 9 D 59°Я 2Я d(3) 2Я(4)
где Я - длина волны в рабочей среде.
обеспечивает нахождение отражателя вне основного лепестка характеристики направленности первого электроакустического преобразователя.
Условие (3) с учетом (5) обеспечивает полное попадание основного лепестка характеристики направленности второго электроакустического преобразователя на расположенный соосно с ним в рабочей среде отражатель.
Условие (4) обеспечивает при неплоскостности а, попадание акустического луча, отраженного от крайних точек отражателя на рабочую поверхность второго электроакустического преобразователя.
. На Фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства. Ультразвуковое устройство для измерения уровня жидкости в резервуаре содержит первый и второй электроакустические преобразователи 1 и 2, например, описанные в 10, контактирующие с наружной поверхностью днища резервуара 3, соединенные соответственно с первым и вторым входами электронного блока приема-передачи и обработки информации, например, описанного в 11, и плоский акустический отражатель 5, расположенный в жидкости б соосно со вторым электроакустическим преобразователем 2 на калиброванном уровне Н, при этом диаметр плоского отражателя D, диаметр первого и второго электроакустических
преобразователей d, расстояние Н, расстояние между центрами преобразователей L и неплоскостность отражателя относительно днища резервуара а связаны соотношениями
г „ 59°Я D .tg- + D 59°Я
arctg
2Н d
а , arcsin- 2Я а отстояние реперной площадки Н, толщина стенки резервуара h и
плотности стенки резервуара р и рабочей жидкости ро связаны соотношением
,36-hp
Работа устройства осуществляется следующим образом. При его включении блок приема-передачи и обработки информации 4 генерирует электрический сигнал заданной частоты /Ь (которой в жидкости соответствует длина волны А.), который поступает на первый и второй электроакустические преобразователи 1 и 2, контактирующие с наружной поверхностью днища резервуара 3, и преобразующие электрический импульс в акустические колебания. Последние проходят через стенку резервуара 3 в жидкость 6. Импульсы, излученные первым электроакустическим преобразователем 1, проходят через жидкость 6, доходят до искомой границы раздела 7, отражаются от нее, приходят на днище резервуара 3, проходят через него и принимаются первым электроакустическим преобразователем 1. Импульсы, излученные вторым электроакустическим преобразователем 2, проходят через жидкость 6, отражаются от плоского акустического отражателя 5 и принимаются вторым электроакустическим преобразователем 2. Электроакустические преобразователи 1 и 2 преобразует акустические сигналы в электрические, которые соответственно поступают на первый и второй входы электронного блока приема-передачи и обработки информации 4, в котором производится обработка принятых сигналов и вычисление уровня жидкости в резервуаре Нж, по формуле:
Я
где ti и fe соответственно интервалы времени между моментами излучения и приема отраженных импульсов первым и вторым электроакустическими преобразователями соответственно.
6
Наличие плоского акустического отражателя - реперной площадки позволяет решить поставленную техническую задачу, а именно, обеспечить расширение области применения и увеличение точности измерения уровня жидкости в резервуаре и при отношениях размеров, отличных от заявленных.