ЭЛЕКТРОННО-АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО

ЭЛЕКТРОННО-АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
Устройство относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для измерения длины труб с пустой полостью и открытыми торцами, в том числе при условии доступа с одного конца, например, находящихся на погрузочных площадках, в кучах, на стеллажах, в вагонах и на автомобилях. Кроме того, устройство может использоваться для измерения уровня жидкостей в баках, водоемах и 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 № 2052768, G 01В 17/00, 1996 . Известны также уровнемеры, принцип работы которых основан на отражении акустического сигнала от контролируемой жидкости Патенты SU № 1530927, G 01 F 23/28, 1989; SU № 1813203, G OIF 23/28, б.и. №16, 1993 .
Прототипом заявляемой полезной модели является устройство для измерения длины труб полезная модель RU № 7492 , G 01В 17/00, 1998, содержащие излучатель, вход которого подсоединен к выходу генератора импульсов, и два разнесенных на фиксированное расстояние приемника акустического сигнала, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки. В известном устройстве при определении длины считается, что скорость распространения  внутри трубы постоянна. Недостатки известных устройств и прототипа заключаются в том , что они не учитывают неоднородность условий распространения акустического сигнала внутри трубы. Действительно разные концы трубы могут находиться в разных условиях в частности, при разных температурах, влажности, давлении, плотности среды, которые определяют скорость звука.
Поставлена задача повысить точность измерений 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 акустического сигнала, разнесенных на фиксированное расстояние, выходы которых подсоединены к электронному устройству обработки, согласно полезной модели дополнительGOIB 17/00, G OIF 23/28 но введено устройство вычисления скорости звука в трубе, входы которого подключены к
выходам приемников акустического сигнала, а выход подключен к устройству обработки.
Предложенное устройство отличается от известных тем, что в конструкцию дополнительно введено устройство вычисления скорости акустического сигнала в трубе. Это позволяет вычислять реальн)шэ скорость распространения акустического импульса при любых погодных и технологических условиях с учетом неоднородности свойств среды по длине трубы и тем самым повысить точность измерений.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображена структурная схема предложенного устройства, на фиг. 2 диаграмма формируемых импульсов, а на фиг.З схема использования предложенного устройства в качестве уровнемера.
Схема содержит генератор 1, соединенный с акустическим излучателем 2, подведенным к торцу измеряемой трубы 3, к которому подведен также приемник отраженного сигнала 4 и отнесенный от него на фиксированное расстояние (Ь дополнительный приемник акустического сигнала 5. Выходы приемников акустического сигнала 4 и 5 подключены к устройству вычисления скорости звука в среде 6 и к электронному устройству обработки 7, выход которого подключен к индикатору 8 и блоку управления 9. Устройства 1,2,4 - 9 конструктивно размещены в одном корпусе и образуют измерительный модуль 10, вставляемый в контролируемую трубу. Этот модуль может быть переносным или стационарным, постоянно закрепленным на емкости с контролируемым уровнем жидкости (фиг.З). На фиг.З изображена схема использования данного устройства в режиме измерения уровня жидкости в баках и водоемах, когда измеряемая труба помещается в контролируемую жидкость. Здесь: 10 - измерительный модуль, 11- излучаемый акустический сигнал, 12- бак или ненапорный трубопровод, 13 - отраженный акустический сигнал, 3 - измерительная труба (звуковод), 14 - жидкость. Акустический сигнал отражается от поверхности контролируемой жидкости, причем климатические условия в начале и в конце трубы как правило разные. Особенно при контроле агрессивных, легко испаряющихся жидкостей, когда температура и газовая среда внизу и вверху значительно отличаются. Предложенная схема позволяет учесть эту неоднородность и повысить точность измерений. Диаграмма формируемых и отраженных импульсов показана на фиг.2., где Ui - сигнал генератора, U2 - сигнал первого микрофона. Us - сигнал второго микрофона, Т - длительность полного цикла измерения, Ti - время прохождения прямым импульсом от первого до второго микрофонов, Т2 - время прохождения импульса в
2 прямом и обратном направлениях расстояния от второго микрофона до конца трубы, Тз время прохождения отраженным импульсом от второго до первого микрофонов.
Устройство работает следующим образом. Акустический импульс, создаваемый по команде блока управления 9 генератором 1 и излучателем 2, распространяясь, отражается от конца пустой полости трубы (это может быть отражатель, препятствие в трубе, уровень жидкости, в которую погружена труба, открытый конец трубы). Посланный и отраженный сигналы принимаются приемниками 4 и 5. Принятые сигналы обрабатываются устройствами 6 и 7. В каждом цикле измерения устройство 6 сначала вычисляет истинную среднюю скорость распространения звука в данной трубе путем измерения времени прохождения прямым и отраженным импульсами фиксированного расстояния d по формуле: c  (- + -)/2  d- 2где , d - расстояние между первым и вторым микрофонами, Ti - время прохождения прямым импульсом от первого до второго микрофонов, Тз - время прохождения отраженным импульсом от второго до первого микрофонов.
сТ Затем по формуле:L  -- + с1 ,
где Т2 - время прохождения импульса в прямом и обратном направлениях расстояния от второго микрофона до конца трубы, вычисляется длина трубы L или расстояние до отражающей поверхности. Блок обработки 7 осуществляет также сохранение результата за период измерения и управляет индикацией.
Устройство позволяет значительно повысить точность измерения длины путем определения реальной скорости распространения акустического сигнала в трубе. Реальная скорость звука во всей полости трубы определяется за счет усреднения скоростей прямого и обратного импульсов, последний из которых формируется в конце трубы, которая может находиться в других условиях, чем начало трубы. Тем самым более точно учитываются реальные условия распространения акустического сигнала. Отметим, что возможна также калибровка прибора на известной длине трубы при текущих климатических условиях. В этом случае прибором измеряется известная длина, и в устройство обработки заносятся коэффициенты, соответствующие эталонной скорости распространения сигнала, что является дополнительным фактором повышения точности измерений.
3
.d d.. jT,+T.
т; Гз 27;Гз