ЭЛЕКТРОННО-АКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ИЗМЕРЕНИЯ УРОВНЯ ЖИДКОСТИ

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 №20527686 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 сложность и невысокая точность измерений малых расстояний от прибора до жидкости. Действительно, малое расстояние от прибора до жидкости требует применения высокочастотной электроники и акустики, что усложняет устройство и увеличивает относительную погрешность прибора.
Поставлена задача повышения точности измерения при минимальных расстояниях от прибора до жидкости путем измерения времени прохождения многократно отраженного акустического сигнала от жидкости и прибора.
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 в структурную схему прибора введен счетчик числа отражений, вход которого подключен к приемнику акустического сигнала, а выход - к устройству обработки информации.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на рис.1 изображена структурная схема предложенного устройства, на рис.2 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»
дополни тельный 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 и блоку управления 9. Приемники 4,5 также подключены к счетчику числа отражений 14. Устройства 1,2,4-9,14 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 10. Волновод установлен в баке или водоеме 11.
n
Измерение n-ного отражения позволяет в n раз увеличить разрешающую способность прибора, а следовательно и точность. Пусть С - скорость звука, Н-расстояние от прибора до жидкости. Время Т от посылки импульса до принятия n-ного отражения. будет:
пр
пр
Пусть прибор имеет разрешающую способность ΔТ. Из (1) вытекает, что во сколько раз больше n, во столько раз меньше влияние ΔТ на измерение
изл
1
2
На рисунке 2 приведена диаграмма принимаемых импульсов. Посылаемый излучателем 2 сигнал U отражается от границы сред 13 и возвращается к приемнику 5. Приемник 5 регистрирует сигнал U. Одновременно часть сигнала отражается от прибора обратно в сторону жидкости, отражаясь от которой обратно возвращается к приемнику 5. Приемник регистрирует сигнал U. Данный процесс повторяется до тех пор, пока сигнал не затухнет ниже уровня, необходимого для срабатывания компаратора. Уровень срабатывания компаратора указан горизонтальной пунктирной чертой. Электронное устройство обработки 7 фиксирует время последнего срабатывания компаратора Тn, а счетчик числа отражений 14 фиксирует его номер n. Расстояние Н определится по формуле
Скорость звука С можно вычислить согласно полезной модели RU 24550 G 01 В 17/00; G 01 F 23/28, 2002.
Устройство позволяет повысить точность измерения уровня жидкости при измерении малых расстояний от прибора до контролируемого уровня жидкости. Применение устройства эффективно для измерения уровня в полностью заполняющихся емкостях, небольших баках, а также при измерении уровня агрессивных сред.