Спосіб вимірювання рівня рідинних середовищ

Спосіб вимірювання рівня рідинних середовищ, що включає випромінювання перпендикулярно поверхні рідини зондуючого сигналу, прийняття відбитого від межі розподілу середовищ сигналу та вимірювання часового інтервалу, що функційно пов'язаний з вимірюваним рівнем, що відрізняється тим, що зондуючий та відбитий сигнали ка 30742 рюють їх у електричні імпульси, обробляють та знову подають на акустичний випромінювач. Обробку ведуть таким чином, що період повторення зондуючих імпульсів (період автоциркуляції) прямо пропорційний вимірюємому рівню та зворотно пропорційний швидкості розповсюдження ультразвуку у середовищі (у вимірювальному каналі). У еталонному каналі період автоциркуляції зворотно пропорційний швидкості ультразвуку. Звідси обчислюється та індицується вимірюємий рівень. До недоліків данного способу треба віднести використання складного алгоритму формування періоду повторення зондуючих імпульсів, необхідність наявності окремого еталонного акустичного каналу, у якому не усунено можливість виникнення інтерференційних явищ, що може призвести до підвищення похибки результатів вимірювання при певних величинах рівня рідинних середовищ. Найбільш близьким за значенням та технічній сутності аналогом прототипом до пропонованого технічного рішення є спосіб вимірювання рівня рідинних середовищ, що містить випромінювання зондуючого імпульсу, прийняття відбитих від відбивача, що встановлюють на фіксованій відстані, та від межі розділу середовищ імпульсів та вимірювання часового інтервалу, пропорційного вимірюємому рівню (див. а.с. СРСР № 1048322, М. кл. 3 G01F23/28). З метою підвищення точності вимірювань, зондуючий імпульс випромінюють у взаємно перпендикулярних напрямках, прийняті після відбиття імпульси перевипромінюють та після послідовного прийняття вдруге відбити х імпульсів формують відповідно три часових інтервали, 1-й та 3-й з яких заповнюють рахунковими імпульсами та порівнюють за тривалістю, до того ж для формування рахункових імпульсів використовують інтервал часу між зондуючим та першим відбитими від відбивача імпульсами. Головним недоліком денного способу (прототипу) є складний алгоритм формування сукупності часових інтервалів, що містять інформацію що до виміряної та еталонної відстані, що обумовлює підвищені вимоги до рівня вихідної потужності джерела випромінювання, к.к.д. самого випромінювача, ширини діаграм спрямованості випромінювача у взаємно перпендикулярних напрямках. Крім того, до недоліків слід віднести необхідність індивідуальної юстировки випромінювача на резервуарі, незахищеність проти впливу зовнішніх завад, вібрації, а також складність його використання для закритих, у тому числі підземних резервуарів. Задачею цього винаходу є розробка способу, що забезпечує підвищення точності та надійності вимірювання рівня рідинних середовищ у резервуарах та лотках відкритого, закритого та підземного типів, спрощення алгоритму формування інформаційних часових інтервалів, зниження впливу зовнішніх завад, зниження енергоємності. Згідно з винаходом, поставлена задача реалізується таким чином. Пропонований спосіб вимірювання рівня рідинних середовищ включає до себе випромінювання у каналізуючому хвильоведучому тракті, що встановлюється перпендикулярно до поверхні рідини, зондуючого сигналу у вигляді поздовжньої акустичної хвилі, прийняття зондуючого та відбитого сигналів послідовно у дво х, першій та другій, точках прийняття, що розташовані на фіксованій відстані одна від одної нижче рівня точки випромінювання та поза об'ємом хвилеведучого тракту, причому нижню (другу) точку прийняття розташовують вище максимально допустимого рівня рідини (для денної місткості), а рівень, що вимірюють, обчислюють за формулою: t lp = L- l0 × x , 2t0 де: L - відстань від нижньої (другої) точки прийняття до дна місткості; ℓ0 - відстань між першою та другою точками прийняття; tx - часовий інтервал між прийняттям зондуючого та відбитого сигналів у другій точці; t0 - часовий інтервал між прийняттям зондуючого сигналу у першій та другій точках прийняття. Поставлена задача у денному винаході досягається сукупністю усі х ознак, а саме: каналізування зондуючого та відбитого сигналів у хвилеведучому тракті у вигляді поздовжніх акустичних хвиль дозволяє істотно знизити вплив зовнішніх умов на результати вимірювань, підвищити стійкість до зовнішніх завад, а також знизити енерговживання; прийняття у двох точках, що розташовані на фіксованій відстані одна від одної та нижче рівня точки випромінювання, забезпечує можливість використання частки хвильоведучого каналізуючого тракту, як еталонного тракту (між точками прийняття), що дозволяє застосувати найпростіший алгоритм формування еталонного та вимірюваного часових інтервалів; розташування обох точок прийняття поза внутрішнім об'ємом хвилеведучо го тракту дозволяє практично позбутися умов виникнення у ньому інтерференційних явищ, які є однією з головних умов зниження точності вимірювань до певних рівнів рідини; введення вказаної розрахункової формули дозволяє автоматизувати процес вимірювання, подавати результати вимірювань у потрібній формі подання (рівень, об'єм, витрати). Сутність винаходу пояснюється кресленнями, на яких зображено: на фіг. 1 - структурна схема пристрою, що реалізує даний спосіб; на фіг. 2 - часові діаграми роботи пристрою, структурна схема якого зображена на фіг. 1. Пропонований спосіб може бути реалізованим, наприклад, за допомогою пристрою, структурна схема якого подана на фіг. 1. У резервуар 1 вертикально встановлюють каналізуючий хвильоведучий тракт 2, у який випромінюють зондуючий сигнал Vзонд за допомогою акустичного випромінювача 3. Першим та другим приймачами 4, 5, відповідно розташованими на фіксованій відстані ℓ0 поза об'ємом хвилеведучого тракту 2, послідовно у часі приймають зондуючі Vзонд1 і Vз онд2, а другим приймачем 5 й відбитий Vвід2 від поверхні рідини сигнали, які після підсилення та формування (див. умовне подання сигналів Vзонд 1, Vзонд 2 та Vвід2 на фіг. 2а) подають на вхід пристрою 6 синхронізації та обробки, де вимірюють часові інтервали: t0 - між надходженням на вхід приймачів 4 та 5 зондуючого сигналу (див. фіг. 2б) та t x - між надходженням на вхід другого приймача 5 зондуючого та відбитого сигналів (див. фіг. 2в), - та визначення вимірюємого рівня за формулою: t lp = L- l0 × x , 2t0 2 30742 де: L - відстань від дна місткості 2 до приймача 5; ℓ0 - фіксована відстань між приймачами 4 та 5. Підвищення точності результатів вимірювань рівня у данному способі досягається за рахунок використання відносного методу вимірювання та усунення умов виникнення багаторазових перевідбивань у каналізуючому тракті: вимірюваємі часові інтервали t0 та t x пов'язані з відповідними відстанями між обома приймачами 4, 5 та між другим приймачем 5 та поверхнею рідини відомими виразами: l l t 0 = 0 та t x = x , V0 Vx де: V0 та Vх - швидкості звуку у каналізуючому хвилеведучому тракті 2 на його ділянках між приймачами 4, 5 та між другим приймачем 5 та рівнем рідини відповідно. Для вирівнювання тиску випарів рідини над її рівнем у каналізуючому тракті 2 з атмосферним тиском у верхній частині останнього (вище першого приймача 4) мають місце вентиляційні отвори 7 (див. фіг. 1), що забезпечує встановлення відношення швидкостей на ділянках ℓ0 та ℓх: а рівень рідини у резервуарі 1, що визначається за допомогою виразу (1), практично не залежить від зовнішніх умов; винос обох приймачів 4, 5 за межі об'єму хвилеведучого тракту 2 усуває причини виникнення перевідбивань у ньому на протязі періоду вимірювань часових інтервалів t0 та tx що виключає зростання похибки при деяких рівнях рідини, коли результуючий сигнал є сумою сигналів, що надходять у точки приймання у протифазі. Підвищення завадостійкості до зовнішніх завад даного способу досягається за рахунок застосування каналізуючого хвилеведучого тракту, узгодженого з випромінювачем, а його універсальність - використанням мікропроцесорної системи управління та обробки. Таким чином, пропонований спосіб вимірювання рівня рідини забезпечує підвищення точності та надійності результатів вимірювання, можливість використання у резервуарах та лотках різноманітного призначення, у тому числі в умовах зовнішніх акустичних завад, що виникають, наприклад, при русі рідини у лотках, а також при дуже обмежених розмірах резервуарів (підземні трубопроводи). Спосіб характеризується також зниженою енергоємністю та можливістю розширення функціонального призначення (вимірювання об'єму, витрат, маси рідини). Зараз даний засіб реалізований у двох типах пристроїв, лабораторні випробування яких підтвердили підвищення точності та надійності результатів вимірювань, технологічність, універсальність та високу завадостійкість. V0 = A » const , Vx де: A @ 1 у сил порівняння протяжностей ділянок ℓ0 та ℓ х. У цьому випадку із (2) надходить, що: tx l » x , 2 × t0 l0 Фіг. 1 3 30742 Фіг. 2 __________________________________________________________ ДП "Український інститут промислової власності" (Укрпатент) Україна, 01133, Київ-133, бульв. Лесі Українки, 26 (044) 295-81-42, 295-61-97 __________________________________________________________ Підписано до друку ________ 2002 р. Формат 60х84 1/8. Обсяг ______ обл.-вид. арк. Тираж 50 прим. Зам._______ ____________________________________________________________ УкрІНТЕІ, 03680, Київ-39 МСП, вул. Горького, 180. (044) 268-25-22 ___________________________________________________________ 4