УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР

Полезная модель относится к ультразвуковым локационным измерителям уровня жидкости в резервуарах на автозаправочных станциях и нефтебазах, а также в химической, нефтяной и других отраслях народного хозяйства.
Известен ультразвуковой уровнемер [А.С. СССР №1064147, кл. G 01 F 23/28, Ультразвуковой уровнемер. - опубл. 30.12.1983. Бюл. №48], содержащий генератор импульсов возбуждения, устройство для устранения погрешности от непостоянства скорости ультразвука, выполненное в виде ультразвуковой линии задержки с приемо-излучающими пьезопреобразователями, погруженными в жидкость, уровень которой измеряется, генератор стробирующих импульсов, приемные устройства, измерительные триггеры и устройства для обработки и индикации полученной информации.
Известен ультразвуковой уровнемер [Свидетельство РФ на полезную модель №16313 от 20.12.2001, Опубл. 20.12.2004, Бюл. №35], выбранный в качестве прототипа, содержащий многоканальный генератор, генератор стробирующих импульсов, блок обработки и индикации, измерительный и эталонный канал. Электронная часть измерительного канала состоит из последовательно соединенных обратимого электроакустического преобразователя, усилителя и триггера, первый вход которого подключен к выходу усилителя измерительного канала. Электронная часть эталонного канала состоит из последовательно соединенных обратимого электроакустического преобразователя, усилителя и триггера, первый вход которого подключен к выходу усилителя эталонного канала. Первый и второй выходы многоканального генератора подключены соответственно к обратимым электроакустическим преобразователям измерительного и эталонного каналов, а его третий выход подключен к входу генератора
стробирующих импульсов. Выход генератора стробирующих импульсов подключен к второму входу триггеров эталонного и измерительного каналов, выход триггера измерительного канала подключен к первому входу блока обработки и индикации, выход триггера эталонного канала подключен к второму входу блока обработки и индикации.
Акустическая часть эталонного канала выполнена в виде трубы с продольной щелью, к верхнему концу которой прикреплен поплавок. Труба установлена с возможностью вращения в вертикальной плоскости. Отражатель и обратимый электроакустический преобразователь эталонного канала закреплены внутри трубы. Акустическая часть измерительного канала выполнена в виде Г-образной трубы, состоящей из вертикального, с продольной щелью, и горизонтального участка с отверстием в нижней части для удаления отложений. В горизонтальном участке трубы размещены преобразователь, излучающая поверхность которого расположена вертикально, и отражатель, ориентированный под углом 45° к поверхности преобразователя.
В известных устройствах при определении уровня нефтепродукта не учитывается уровень подтоварной воды, накапливающийся на дне резервуара в процессе его эксплуатации.
Недостатком прототипа является невозможность измерения уровня подтоварной воды.
Задача полезной модели - расширение функциональной возможности уровнемера.
Поставленная задача достигается тем, что в ультразвуковом уровнемере, так же как в прототипе, содержащем многоканальный генератор, генератор стробирующих импульсов, блок обработки и индикации, измерительный и эталонный канал, электронная часть каждого из которых состоит из последовательно соединенных обратимого электроакустического преобразователя, усилителя и триггера, первый вход которого подключен к выходу усилителя, первый и второй выходы многоканального генератора
подключены соответственно к обратимым электроакустическим преобразователям измерительного и эталонного каналов, а его третий выход подключен к входу генератора стробирующих импульсов, выход которого подключен к второму входу триггеров эталонного и измерительного каналов, выход триггера измерительного канала подключен к первому входу блока обработки и индикации, второй вход которого подключен к выходу триггера эталонного канала, акустическая часть эталонного канала выполнена в виде трубы с продольной щелью, к верхнему концу которой прикреплен поплавок, при этом труба установлена с возможностью вращения в вертикальной плоскости, отражатель и обратимый электроакустический преобразователь эталонного канала закреплены внутри трубы, акустическая часть измерительного канала выполнена в виде Г-образной трубы, состоящей из вертикального, с продольной щелью, и горизонтального участка с отверстием в нижней части для удаления отложений, а в горизонтальном участке трубы размещены преобразователь, излучающая поверхность которого расположена вертикально, и отражатель ориентированный под углом 45° к поверхности преобразователя.
Согласно полезной модели дополнительно введен канал измерения уровня подтоварной воды, электронная часть которого состоит из последовательно соединенных обратимого электроакустического преобразователя, усилителя и триггера, первый вход которого подключен к выходу усилителя, второй вход триггера подключен к выходу генератора стробирующих импульсов, выход триггера подключен к третьему входу блока обработки и индикации, четвертый выход многоканального генератора подключен к обратимому электроакустическому преобразователю, акустическая часть канала измерения подтоварной воды выполнена в виде трубы с продольной щелью, на одном конце трубы закреплен преобразователь, излучающая поверхность которого ориентирована на дно резервуара, второй конец трубы упирается в дно резервуара.
На фиг.1 представлена функциональная схема уровнемера.
Ультразвуковой уровнемер содержит резервуар 1 (фиг.1) горизонтального типа (т.е. высота резервуара меньше его длины), многоканальный генератор 2 импульсов возбуждения, который связан с генератором 3 стробирующих импульсов, а также измерительный канал 4, эталонный канал 5 и канал измерения уровня подтоварной воды 6, обратимые электроакустические преобразователи 7, 8 и 9, первый, второй и третий усилители 10, 11 и 12, первый, второй и третий триггеры 13, 14 и 15, первые входы которых соединены с выходом генератора 3 стробирующих импульсов, вторые входы соединены с выходом соответствующих усилителей первого 10, второго 11 и третьего 12, а выходы триггеров присоединены к соответствующим входам блока 16 обработки и индикации. Выходы многоканального генератора 2 подключены соответственно к обратимым электроакустическим преобразователям 7, 8 и 9 измерительного канала 4, эталонного канала 5 и канала подтоварной воды 6, а также к в ходу третьего усилителя 12 эталонного канала 5, к входу первого усилителя 10 измерительного канала 4 и к входу второго усилителя 11 канала подтоварной воды 6.
Акустическая часть 17 эталонного канала 5 выполнена в виде трубы с продольной щелью, к верхнему концу которой прикреплен поплавок 18, причем труба прикреплена к днищу резервуара 1 с возможностью вращения в вертикальной плоскости, отражатель 19 и обратимый электроакустический преобразователь 6 эталонного канала закреплены внутри трубы, акустическая часть 20 измерительного канала 4 выполнена в виде Г-образной трубы, состоящей из вертикального, с продольной щелью, и горизонтального участка с отверстием 21 в нижней части для удаления отложений, а в горизонтальном участке трубы размещены преобразователь 7, излучающая поверхность которого расположена вертикально, и отражатель 22 ориентированный под углом 45° к поверхности преобразователя. Акустическая часть 23 канала подтоварной воды 7 выполнена в виде трубы с
продольной щелью, в верхней части которой закреплен преобразователь 9, нижний конец трубы прикреплен к днищу резервуара.
Многоканальный генератор 2 выполнен по схеме с разрядом накопительной емкости на тиристорах типа КУ104Г. Генератор 3 стробирующих импульсов, может быть собран на интегральных схемах серии 1554. Усилители 10, 11 и 12 представляют собой резонансные усилители, которые могут быть собраны на интегральных схемах, например К175УВ1. В качестве триггеров 13, 14 и 15 могут быть использованы соответствующие интегральные схемы, например К1554ТМ2. В качестве блока обработки и индикации может быть использована схема, содержащая кварцевый генератор, ключ, управляемый через мультиплексор сигналами с выходов измерительных триггеров, и микропроцессор. Все указанные элементы реализованы на микросхемах серии 1554, а в качестве микропроцессора, например любой аналог MCS-51. Все остальные элементы схемы являются стандартными.
Работа устройства происходит следующим образом.
При включении устройства многоканальный генератор 2 вырабатывает импульс, который поочередно возбуждает обратимые электроакустические преобразователи эталонного канала 8, измерительного канала 7 и канала подтоварной воды 9 и запускает генератор 3 стробирующих импульсов, с выхода которого импульс строба поступает на вторые входы первого, второго и третьего триггеров 13, 14, 15 и устанавливает их в положение "1". Ультразвуковой импульс в акустической части 20 измерительного канала 4 излучается преобразователем 7, затем отражается от отражателя 22, а затем отражается от границы раздела жидкость-воздух, затем отражается от отражателя 22 и принимается преобразователем 7. В акустической части 17 эталонного канала 5 ультразвуковой импульс, излученный преобразователем 8, отражается от отражателя 19 и принимается тем же преобразователем 8. Ультразвуковой импульс в акустической части 23 канала подтоварной воды 6 излучается преобразователем 9, затем отражается от границы раздела
нефтепродукт-вода и принимается преобразователем 9. Затем принятые сигналы поступают на входы первого, второго и третьего усилителей 10, 11 и 12. С выхода первого, второго и третьего усилителей 10, 11 и 12 сигналы поступают соответственно на первые входы первого, второго и третьего триггеров 13, 14 и 15 которые при этом устанавливаются в положение "0", в результате чего на выходе второго триггера 14 формируется импульс, длительность которого равна времени прохождения ультразвука от преобразователя 9 до границы раздела нефтепродукт-вода и обратно, на выходе первого триггера 13 формируется импульс, длительность которого равна времени прохождения ультразвука от преобразователя 7 до границы раздела нефтепродукт-воздух и обратно, на выходе третьего триггера 15 формируется импульс, длительность которого равна времени прохождения ультразвука от преобразователя 8 до отражателя 19 и обратно. Блок обработки и индикации 16 преобразует временные интервалы в соответствующие коды, которые могут поступать затем на ЭВМ.
Вычисление уровня подтоварной воды в резервуаре осуществляется по формуле: ,
воды
воды
воды
Э
Э
где L - уровень подтоварной воды, м; Н - расстояние от преобразователя 9 канала подтоварной воды до дна резервуара 1, м; Т - длительность импульса в канале подтоварной воды, мкс; L - расстояние от преобразователя 8 до отражателя 19, м; Т - длительность импульса эталонного канала, мкс;
Вычисление уровня жидкости в резервуаре осуществляется по формуле: ;
И
И
Г
У
где L - измеряемый уровень жидкости, м; Т - длительность импульса измерительного канала, мкс; L - расстояние от преобразователя 7 до отражателя 22, м; L - расстояние от дна резервуара 1 до отражателя 22, м.