Пристрій для вимірювання рівня рідинних середовищ

Пристрій для вимірювання рівня рідинних середовищ, що має вимірювальну трубу з акустичним випромінювачем зондуючого сигналу ( приймачем акустичних сигналів, підсилювачі-формувачі зондуючого сигналу та сигналів, що приймаються, схему вимірювання часового інтервалу, функціонально зв'язаного з рівнем, що вимірюється, та Індикатор, який в і д р і з н я є т ь с я тим, що вимірювальна труба вибирається з діаметром d < 1.22А, де X довжина хвилі головної гармоніки зондуючого сигналу, приймач встановлено нижче випромінювача на зовнішній поверхні СТІНЦІ труби І зв'язано з ЇЇ порожниною через трансформатор зв'язку, при цьому між випромінювачем та верхнім торцем вимірювальної труби знаходиться узгоджуючий елемент, а нмжче приймача у поперечному зріз! труби встановлена узгоджена з нею діафрагма, що "проникна" для звукової хвилі і "непроникна" для парів рідини, нижче якої у стінці зроблені вентиляційні отвори, при цьому схема вимірювання часового інтервалу, що функціонально зв'язаний з рівнем, що вимірюється, виконана у вигляді мікропроцесора, що реалізує задану програму керування процесом вии{рюаання та обчислення вимірюваного рівня рідини L , за формулою Корисна модель, що заявляється, може бути віднесена до вимірювання рівня рідинних середовищ акустичним методом ( може знайти широке поле використання у автоматичних системах контролю та обліку, у водопостачанні та водоотведенні у комунальному господарств), нафтогазоперєробній промисловості, Інших галузях народного господарства, які пов'язані з виробленням, зберіганням та використанням рідинних середовищ за умови нормального атмосферного тиску. У наш час, за умови великої КІЛЬКОСТІ найрізноманітніших конструкцій акустичних рівневммірювачів для вимірювання рівня рідинних середовищ у відкритих га закритих резервуарах, дуже актуальною € розробка та створення акустичних вимірювачів рівня, які 6 мали просту конструкцію, надійних та зручних у експлу Lp = L-V-tx, де L - відстань від площини встановлення приймача до дна резервуару; V - швидкіст ь звуку; т^ - вимірюваний часовий Інтервал, функціонально зв'язаний з рівнем рідиніл. 321 атаціг, які б мали прийнятну похибку вимірювань та передбачали можливість оперативного автоматизованого обліку та контролю наявності та витрат рідинних середовищ як у процесі їх зберігання та 5 реалізації, так І у технологічному процесі Тх виробництва, а також передбачаючих самий широкий спектр використання, Інакше кажучи універсальність відомий пристрій для вимірювання 10 рівня рідини [Авт. св. СРСР N 560144, кл. G ? 01 F 23/28], який складається з акустичного каналу, виконаному у вигляді трубки з приймаючо-випромінюючим пристроєм, генератора зондуючих Імпульсів та 15 електричної схеми вимірювань. З метою підвищення точності вимірювань порожнина трубки виконана з уступами, що розподілені уздовж її ос! з шагом квантування рівня, а електрична схема вимірювання 20 містить підключені до приймальнопередзючого пристрою послідовно з'єднані підсилювачі-формувачі, лінії затримки, клапан та лічильник Імпульсів, а також тригер, один з входів якого підключений до виходу 25 генератора зондуючих Імпульсів, а вихід до клапана, та амплітудний селектор, вхід якого підключено до виходу приймальнопередавального пристрою, а вихід до другого входу тригера. 30 Недоліками цього пристрою є дуже складна конструкція акустичного каналу, що обмежує як точність вимірювань, так І максимальні величини рівней, що вимірюють. Крім того, установка приймача-передавача на дні резервуару (місткості) Істотно обмежує галузі застосування пристрою. Відомий ультразвуковий рівневимірювач [Авт. св. СРСР № 777457, кл G 01 F 23/28], який містить приймально-вигіромінюючий вузел. підключений до генератора зондуючих Імпульсів та підсилювача, генератор пилородібної напруги, пороговий елемент, ключ, двовходовий елемент збігу, підключений одним з входів до виходу підсилювача та тривходовий елемент збігу 3 метою підвищення точності вимГрювань у нього введені динамічний запам'ятовуючий пристрій, що запам'ятовує, формувач Імпульсів та суматор, об'єднані відповідними входами-виходами один з одним та з Іншими елементами схеми. До недоліків цього пристрою слід віднести: обмежений діапазон вимірюємих рівней через використання ультразвуковоТ хвилі та ділянці повітряного середовища приймач-передзвач - поверхня рідини; можливість відбитків та перевідбитків зондуючого сигналу від бічних стінок резервуару що обмежує застосування пристрою у "вузьких" резервуарах, трубах та лотках, складність формування Інформаційного сигналу. Для контролю рівня рідинних середовищу закритих резервуарах відомий пристрій [Авт св СРСР № 877342, кл. G 01 F 23/28], у основі якого є використання ультразвукових хвиль, що містить випромінюючий та приймаючий електроакустичні перетворювач! нормальних ХЙИЛЬ, які встановлюють по вертикальній осі на стінці резервуару; імпульсний генератор, підсилювач та Індикатор. З метою підвищення точності вимірювань за рахунок зменшення температурної похибки, він забезпечений ланцюгом, який складається з послідовно з'єднаних першого очікуючого блокінг-генератору, першого суматора, Інтегратора, підсилювача постійного струму І другого суматора, а також другим очікуючим блокінггенератором, причому до виходу підсилювача підключено вхід першого очікуючого блокінг-генератору та вхід пікового детектора, вихід котрого підключено до одного з входів другого суматора, виходом з'єднаного з індикатором, другий очікуючий блокінг-генератор своїм входом підключений до імпульсного генератора, а виходом - з одним із входів першого суматора. Головним недоліком даного пристрою є 35 сам метод вимірювань за яким вимірюємий рівень рідини пов'язаний з амплітудою приймаємого сигналу. Крім того, до недоліків слід віднести обмежене попе використання (резевуари з лінійними бічними 40 стінками) та складність реалізації обумовлено і встановленням приймача та випромінювача на СТІНЦІ резервуару Відомий порівняно простий акустичний 45 рівиевимірювач [Патент РФ № 2010180, кл. G 01 F 23/28] Рівневимірювач містить звуковід, який виконаний у вигляді труби, яка забезпечена відбивачем з шліфованими поверхнями акустичний вимірювальний 50 елемент, з'єднаний з блоком реєстрації З метою спрощення конструкції, у нього введено стержневий хаильовід, встановлений соосно у трубі, а відбивач виконано у трапецевиднїй формі та закріплено на трубі 55 навпроти робочого торцю хвильовода, при цьому бічні грані відбивача встановлені під кутом 60° до горизонтально? грані відбивача. котра розташована перпендикулярно робочому торцю хвильовода. 321 До недоліків цього пристрою слід віднести достатньо складну конструкцію звуководу, а також наявність відбивача з полірованою поверхнею, що Істотно обмежує поле використання рівневимірювача, 5 наприклад у водовідведенні комунального господарства, у резервуарах та лотках обмежених розмірів Крім того, пристрій непристосований до роботи в умовах механічних вібрацій та за умови руху рідини. 10 Найбільш близький за технічною суттю та досягаемому ефекту (аналогомпрототипом) моделі, яка пропонується, є акустичний рівневимірювач [Авт св СРСР N 1530926. кл. G 01 F 23/28], який містить 15 ? тригер формування строба, виходи котрого з'єднані з першим та другим входами лічильника, частотний датчик температури та автоциркуляційний вимірювальний канал, який містить послідовно з'єднані од- 20 новібратор, блок збудження, який складається з підсилювача-формувача зондуючого сигналу та випромінювача, а також приймач акустичних коливань, з'єднаний з підсилювачем-формувачем. З метою 25 підвищення завадостійкості автоциркуляційний канал додатково забезпечений першим та другим стробуючими компараторами, блоком затримки та джерелом опорних напруг, з'єднані ЗО відповідними входами-виходами один з одним та Іншими елементами схеми Випромінювач та приймач акустичних коливань встановлені у вимірювальній трубі. Головні недоліки аналога-прототипу 35 обумовлені встановленням випромінювача та приймача акустичних сигналів на одному рівні, що призводить до необгрунтованого збільшення діаметру вимірювальної труби, ускладненню пристрою узгодження 40 випромінювача та приймача з трубою, невизначеності положення площин фазових центрів випромінювача та приймача. Крім того, пристрій схильний до впливів міцних Імпульсних завад, а також шумових завад, 45 що з'являються у районі переходу сигналу через рівень "нуля" Завданням даного технічного рішення є розробка акустичного вимірювача рівня рідинних середовищ, який мав би просту 50 конструкцію, мале енергоспоживання, надійного та зручного у експлуатації, маючого достатньо високу (прийнятну на практиці) точність вимірювань, передбачаючого самий широкий спектр ви- 55 користання, тобто універсальність, в тому числі у багатоканальних автоматизованих системах збору та обробки даних. Це завдання розв'язується наступним чином. У пристрої для вимірювання рівня рідинних середовищ, що має вимірювальну трубу з акустичний випромінювачем зондуючого сигналу І приймачем акустичних сигналів, підсилювачі-формувачі зондуючого сигналу та сигналів, що приймаються, схему вимірювання часового Інтервалу, функціонально пов'язаного з рівнем, що вимірюється, та Індикатор, вимірювальну трубу обирають з діаметром d їх - часовий інтервал функціонально пов'язаний з рівнем рідини, що вимірюється. Поставлене завдання, у даному приладі досягається сукупністю наступних технічних рішень. - обрання вимірювальної труби з діаметром d < 1.22А , де А - довжина хвилі головної гармоніки зондуючого сигналу, дозволяє сформувати у ній плоску акустичну хвилю, що характеризується достатньо малим погонним затуханням та здатністю дифрагування крізь отвори малого діаметру, що забезпечує зниження потрібного рівня потужності відеосигналу, який подається на випромінювач, а також забезпечує можливість встановлення чутливого елемента приймача на зовнішній стінці вимірювальної труби, - встановлення приймача нижче рівня випромінювача на зовнішній с т і н ц і вимірювально"! труби забезпечує можливість "жорсткої" фіксації початкової точки відліку (площина встановлення чутливого елемента приймача), що забезпечує достатню точність вимірювань при зміні довжини вимірювальної труби, а також усуває маж 321 ливість виникнення у трубі інтеренфєренційних явищ, які збільшують похибку вимірю-* вань при певних рівнях рідини. Крім того, досягається компактність конструкції приладу; - введення узгоджуючого елемента між 5 випромінювачем І верхнім торцем труби дозволяє знизити енергоспоживання приладу; - введення узгодженої діафрагми, яка встановлена нижче приймача, забезпечує збільшення надійності і довговічності 10 прилада, а також його універсальність за рахунок можливості підстиковки вимірювальної труби потрібної довжини; - введення мікропроцесору забезпечує розширення функціональних можливостей 15 (універсальність) приладу (вимірювання рівня, об'єму, витрат), можливість Індивідуальної адаптації кожного пристрою до конкретних умов експлуатації, з також підключення приладу до різномантних сис- 20 тем збору І обробки Інформації; - наявність вентиляційних отворів, розташованих нижче узгодженої діафрагми, призводить до встановлення у вимірювальній трубі практично незмінної 25 від рівня рідини швидкості звуку, яка може повільно змінюватися у відповідності із зовнішніми умовами (температура, тиск, вологість). Суть технічного рішення (корисної моделі) ЗО пояснюється кресленнями, де зображено; на фіг 1 -блок-схема запропонованого пристрою для вимірювання рівня рідинних середовищ; на фіг. 2 - часові діаграми роботи пристрою. Запропонований п р и с т р і й для 35 вимірювання рівня рідинних середовищ, що встановлюється в резервуарі (місткості) 1 (див. фіг. 1), містить вимірювальну трубу 2, діаметр якої d обраний з умови d Таким чином, запропонований пристрій имірговання рівня рідинних середовищ має У даний час пристрій створено, тале енергоспоживання, передбачає проведені його випробування у необслуговуємому режимі у реальних умовах .іирокий спектр використання (відкриті, акриті, підземні резервуари та лотки), має 10 (резервуар з питною водою), котрі підтвердили його надійність, завадоззхиостатньо просту конструкцію, технощеність, мале енергоспоживання, достатню огічний у виконанні та лагідний у експлуаточність вимірюємих рівней, можливість зцІТ, забезпечує прийнятну на практиці роботи у комплексі з Існуючими системами очність вимірювань. Крім того, эпропонований пристрій являє собою гнуч- 15 збору Інформації. ДО ЭОВН1ШН. пристроїв ФІГ 1 321 U Узал t •* U іівип івип івілб U « t Фіг. 2 Упорядник Замовлення 4674 Техред М Моргентал Коректор Н Король Тираж Підписне Державне патентне відомство України, 254655. ГСП, Київ-53, Львівська пл , 8 Відкрите акціонерне товариство "Патент", м Ужгород вул Гагаріна 101