УЛЬТРАЗВУКОВОЙ УРОВНЕМЕР

Полезная модель относится к измерительной технике, в частности к ультразвуковым уровнемерам и может быть использована для измерения уровня жидких и сыпучих сред в резервуарах.
Известно устройство для контроля уровня жидкости, содержащее импульсный генератор, излучающий и приемный ультразвуковые преобразователи, блок запрета, триггеры, элемент И, формирователь импульсов, регистратор, реверсивный счетчик, суммирующий счетчик и кварцевый генератор (патент РФ №1351815, МПК G01F 23/28, опубл. 07.06.1987).
Наиболее близким к предложенному устройству является ультразвуковой уровнемер, который содержит импульсный генератор возбуждения, излучающий и приемный преобразователи, селекторный блок, формирователь прямоугольных импульсов, двоичный суммирующий счетчик, кварцевый генератор, первый триггер, второй триггер, регистрирующий блок, логическую схемы ИЛИ, делитель на два, логические схемы И (патент РФ №1778541, МПК G01F 23/28, опубл. 30.11.1992).
Недостатком известных устройств является невысокая точность и наличие температурной погрешности.
Задачей полезной модели является повышение точности и уменьшение температурной погрешности.
Поставленная задача решается ультразвуковым уровнемером, содержащим последовательно соединенные блок счетчиков и блок регистров, излучающий преобразователь, первый приемный преобразователь, выход которого соединен с измерительным каналом, включающим формирователь прямоугольных импульсов, первый и второй логические элементы И, первый триггер, первый логический элемент ИЛИ, элемент деления на два, который в отличие от прототипа дополнительно содержит аналогический
измерительному опорный канал со вторым приемным преобразователем, первый и второй рециркуляционные преобразователи для каждого канала, последовательно соединенные блок буферных формирователей, дешифратор, одновибратор, усилитель тока, причем измерительный канал дополнительно включает усилитель, второй и третий элементы ИЛИ, третий элемент И, а каждый рециркуляционный преобразователь соединен с выходом соответствующего измерительного или опорного канала и содержит последовательно соединенные четвертый элемент ИЛИ, второй триггер, пятый элемент ИЛИ, четвертый элемент И, второй вход которого соединен со второй линией задержки, а выход которого соединен со входом блока счетчиков и входом первой линии задержки, выход которой соединен со вторым входом пятого элемента ИЛИ, причем вход усилителя соединен с выходом первого приемного преобразователя, а выход - со входом формирователя прямоугольных импульсов, первый выход которого соединен с последовательно соединенными вторым элементом ИЛИ, первым элементом И, первым элементом ИЛИ а второй выход которого соединен с последовательно соединенными вторым элементом И, третьим элементом И, элементом деления на два, выход которого соединен со вторым входом второго триггера и со вторым входом первого элемента ИЛИ, выход которого соединен с блоком счетчиков, а выходы первого триггера и второго элемента И соединены со входом третьего элемента ИЛИ, выход которого соединен со входом четвертого элемента ИЛИ, а выходы одновибратора соединены с измерительным и опорным каналами, а выход усилителя тока соединен со входом излучающего преобразователя, выход опорного канала аналогично измерительному соединен с блоком счетчиков.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема устройства.
Устройство содержит последовательно соединенные блок буферных формирователей 1, блок дешифрации адреса 2, одновибратор 3, усилитель тока 4, излучающий преобразователь 5, первый приемный преобразователь 6, выход которого соединен с измерительным каналом 7, а также второй
приемный преобразователь 8, выход которого соединен с аналогичным измерительному опорным каналом 9, а каждый из каналов соединен с соответствующим рециркуляционным преобразователем 10 и 11, причем измерительный канал содержит последовательно соединенные усилитель 12 и формирователь прямоугольных импульсов 13, первый выход которого соединен с последовательно соединенными вторым элементом ИЛИ 14, первым триггером 15, первым элементом И 16, первым элементом ИЛИ 17, а второй выход которого соединен с последовательно соединенными вторым элементом И 18, третьим элементом И 19, элементом деления на два 20, выход которого соединен со вторым входом первого элемента ИЛИ 17. Выходы первого триггера 15 и второго элемента И 18 соединены со входами третьего элемента ИЛИ 21, выход которого соединен с рециркуляционным преобразователем 10, который содержит последовательно соединенные четвертый элемент ИЛИ 22, второй триггер 23, пятый элемент ИЛИ 24, четвертый элемент И 25, выход которого через первую линию задержки 26 соединен со вторым входом пятого элемента ИЛИ 24, а второй вход которого через вторую линию задержки 27 соединен с выходом пятого элемента ИЛИ 24. Выход элемента деления на два 20 соединен также со вторым входом второго триггера 23, а выходы первого элемента ИЛИ 17 опорного блока 9, рециркуляционного преобразователя 11 и четвертого элемента И 25 соединены с блоком счетчиков 28, выход которого соединен с блоком регистров 29. Первый выход (низкий уровень) одновибратора 3 соединен со вторым входом первого триггера 15, вторыми входами второго 18 и третьего 19 элементов И, а также со вторым входом элемента деления на два 20 и с опорным каналом 9. Второй выход (высокий уровень) одновибратора 3 соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ 14 ид опорным каналом 9.
Устройство работает следующим образом.
В данном устройстве применяется логометрический метод преобразования, что выражается наличием двух идентичных каналов: измерительного
7 и опорного 8. Опорный канал позволяет уменьшить температурную погрешность. Описание работы произведем по измерительному каналу.
Сигналы с магистрали ISA поступают на блок буферных формирователей 1, где происходит их усиление. После этого сигналы подаются на блок дешифрации адреса 2, в котором осуществляется выбор адреса для запуска одновибратора 3. На выходе одновибратора образуются два импульса: импульсы высокого и низкого уровней. Импульс высокого уровня осуществляет сброс счетчиков 28, а импульс низкого уровня производит установку первого триггера 15 и через усилитель тока 4 подается на разъем излучающего преобразователя 5. Через промежуток времени, пропорциональный измеряемому уровню, сигнал поступает на выходной разъем первого приемного преобразователя 6, а потом через усилитель 12 на формирователь прямоугольных импульсов (ФПИ) 13, который формирует два импульса - импульс с длительностью, равной длительности первого импульса зондирующего сигнала, и противоположный ему импульс. После ФПИ 13 один из сигналов поступает на второй логический элемент ИЛИ 14, а другой на логический элемент И 18.
Второй элемент ИЛИ 14 служит для устранения ложного сигнала и предотвращения запрещенного состояния на первом триггере 15. При наличии на выходе триггера 15 логической «1», на выходе первого элемента И 16 появляются импульсы счетной частоты, поступающие с выхода OSC магистрали ISA. Импульсы счетной частоты через первый элемент ИЛИ 17 поступают на вход блока счетчиков 28.
При установлении триггера 15 в нулевое состояние, первый элемент И 16 прекращает подачу счетных импульсов на первый элемент ИЛИ 17. Одновременно сигнал со второго элемента И 18 поступает на третий элемент И 19, через который счетные импульсы начинают подаваться на делитель 20. Поделенные на 2 делителем 20 через первый элемент ИЛИ 17 импульсы поступают на блок счетчиков 28.
С блока счетчиков 28 информация идет на блок регистров 29. Третий элемент ИЛИ 21 служит для определения окончания принятия сигнала.
Для повышения точности в схеме применяются рециркуляционные преобразователи 10 и 11 отдельно для каждого канала. Их введение позволяет компенсировать несовпадение импульсов генератора с концом измеряемого интервала времени, что уменьшает погрешность квантования.
Опишем прохождение сигнала для измерительного канала. Сигнал с выхода третьего элемента ИЛИ 21 поступает на четвертый элемент ИЛИ 22, с которого он поступает на счетный вход второго триггера 23, на другой вход которого поступает сигнал с выхода делителя 20. Потом через пятый элемент ИЛИ 24 сигнал идет на две линии задержки ЛЗ1 26 и ЛЗ2 27, причем время задержки ЛЗ1 больше ЛЗ2 для увеличения быстродействия рециркуляционного преобразователя. После этого сигнал через четвертый элемент И 25, блок счетчиков 28 и блок регистров 29 по восьмигранным шинам поступает на ЭВМ.
В связи с идентичностью каналов прохождение сигналов по опорному каналу будет аналогично прохождению сигналов по измерительному каналу. Отличие будет лишь в задержке прихода импульса на второй приемный преобразователь 8 опорного канала.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет уменьшить температурную погрешность и повысить точность ультразвукового уровнемера.