[1]11 Изобретение относится к нефтехимической и газовой промьшшенности
в частности к измерению уровня нефт продуктов и сжиженных газов. Известен ультразвуковой уровнемер
, содержащий генератор тактовых импульсов, делитель, формирователь строб-импульса, измеритель временных
интервалов, а также измерительное компенсационное синхрокольца,
каждое из которых состоит из последовательно соединенных генератора,
акустического преобразователя, приемного устройства, схемы запрета и схемы ИЛИ 1 .
Недостатком известного уровнемера является невысокая точность изме
рения, обусловленная низкой помехозащищенностью . Наиболее близким по технической
сущности к изобретению является ультразвуковой индикатор уровня,
содержащий измерительный канал, выполненный в виде излучателя ультразвука , подключенного к генератору
зондирующих импульсов и одному из входов триггера, приемник ультразву
ка, подключенный через приемно-усилительный блок к другому входу триг гера, выход которого через схему И
подключен к счетчику, компенсационный канал, выполненный в виде излучателя ультразвука, подключенного
через делитель к генератору тактовы импульсов, приемника ультразвука,
через приемно-усилительный блок под ключенного к управляющему входу реверсивного счетчика, суммирующий и
вычитающий входы которого подключены к выходам делителя, выход реверсивного
счетчика через преобразователь код - напряжение подключен к генератору тактовых импульсов L2J
Недостатком данного устройства является невысокая точность измерения
, обусловленная наличием преобразователя код-напряжение, управляю щего частотой генератора тактовых
импульсов, так как стабильность это го узла зависит от внешних воздейст Цель изобретения - повышение
точности измерения. Поставленная цель достигается те что в ультразвуковом уровнемере,
содержащем излучатель ультразвука, опорный и измерительный приемноусилительные блоки, опорный преобра
зователь, включающий последовательно соединенные триггер, первую схему
И и счетчик, генератор тактовых импульсов, выход.которого подключен к входу первой схемы И опорного
преобразователя и входу делителя, а также первый реверсивный счетчик,
опорный преобразователь дополнительно снабжен последовательно соединенными регистром, вторым реверсивным
счетчиком, одновибратором и второй схемой И, а также инвертором,
причем входы триггера опорного преобразователя подключены к выходам
делителя и опорного приемно-усилительного блока, его выход подключен к входу инвертора и второму входу
счетчика, выход инвертора подключен к второму входу второй схемы И, ее выход подключен к входу Запись
регистра, информационные входы которого подключены к выходам счетчика,
а выход Перенос второго реверсивного счетчика подключен к входу одновибратора , кроме того, уровнемер
снабжен вычислителем и измерительным преобразователем, выполненным идентичным
опорному,, при этом выход генератора тактовых импульсов подключен к входам первых схем И и вычитающим
входам реверсивньтх счетчиков опорнбго и измерительного преобразователей
, первый и второй входы вычислителя подключены к выходам одновибраторов опорного и измерительного
преобразователей, его вход Запуск подключен к выходу первого реверсивного
счетчика, вход которого подключен к выходу делителя, а входы триггера измерительного преобразователя
подключены к выходам опорного и измерительного приемно-усилительных блоков .
На фиг. 1 представлены блок-схема; на фиг. 2 - временные диаграммы работы уровнемера.
Ультразвуковой уровнемер содержит излучатель ультразвука 1, измерительный
приемно-усилительньй блок 2, опорный приемно-усилительный блок 3,
опорный преобразователь 4, состоящий из триггера 5, первой схемы И 6,
суммирующего счетчика 7, регистра 8, реверсивного счетчика 9, одновибратора 10, второй схемы И 11,
инвертора НЕ 12, измерительный преобразователь 13, состоящий из триггера
14, третьей схемы И 15, суммирующего счетчика 16, регистра 17,
реверсивного счетчика 18, одиовибра тора 19, схемы И 20 и инвертора 21, генератор тактовых .импульсов 22,
делитель частоты 23, первый реверсивный сч етчик 24, вычислитель 25. Излучатель ультразвука 1 акустически
связан с приемно-усилительными блоками 2 и 3. Выход приемно-усилительного блока 3 подключен к вторым
входам преобразователей 4 и t3, а выход блока 2 - к первому входу преобразователя 13. Третьи входы - пр
образователей 4 и t3 соединены с выходом генератора тактовых импульсов 22, к которому также подключен
вход делителя частоты 23, выходделителя частоты 3 подсоединен к первому входу преобразователя
4 , к излучателю ультразвука 1 и к вычитакидему входу первого реверсивного счетчика 24, выходы
преобразователей 4 и 13 и первого реверсивного счетчика 24 подключены
к соответствуюшснм входам вычислителя 25. В преобразователе 4 установочные
входы триггера 5 соединены с первым и вторым входом самого преобразоват ля 4,выход триггера 5 подключен
k входу установки нуля суммирующего счетчика 7,к входу инвертора НЕ 12
и входу схемы И 6, второй вход кото рой соединен через третий вход прео
разователя 4 с выходом генератора тактовых импульсов 22,выход схемы И
подключен к входу суммирукнцего счет чика 7, разрядные выходы счетчика 7
соединены с ИнфopмaфIoнны ш входаьш регистра 8, разрядные выходы которого подключены к информационным
входам реверсивного счетчика 9, выход Перенос последнего соединен с входом рдновибратора 10, вычитающий
вход реверсивного счетчика ,9 через третий вход преобразователя 4 подключен к выходу генератора такто
вых импульсов 22, выход одновибратора 10 подсоединен к выходу преобразователя
4, к входу Запись реверсивного счетчика 9 и к входу логического элемента И t1, второй
вход которого подключен к выходу инвертора НЕ 12, а выход - к входу Запись регистра 8. Все соединения
в преобразователе 13 аналогичны сое динениям в преобразователе 4. Уровнемер работает следуюп м
образом. Излучатель ультразвука 1 периодически
возбуждается на собственной резонансной частоте делителем частоты 23, вход которого подсоединен
к выходу генератора тактовцх импульсов 22. Возб5 жденные ультразвуковые
колебания достигают приемно-усилительных блоков 2 и 3, где преобразуются в электрические сигналы,
которые после усиления воздействуют на преобразователи 4 и 13. Момент прихода ультразвуковой волны на
измерительный приемно-усилительньй блок 2 определяется значением измеряемого
уровня, а на приемно-усилительный блок 3 - базовым расстоянием . Значение уровня измеряется относительно
места положения опорного приемно-усилительного блока 3. Излучатель ультразвука 1 связан
акустически с приемно-усилительными блоками 2 и 3. Рассмотрим работу преобразователя
4. TpHrriep 5 каждый цикл посыпки зондирующего импульса устанавливается
одновременно с возбуждением излучателя ультразвука 1 импульсом (И 23, фиг. 2) с выхода делителя
частоты 23 в состояние 1. При достижении ультразвуковой волной опорного приемно-усилительного
блока 3 триггер 5 опрокидывается в состояние О сигналом (ИЗ, фиг. 2) с выхода блока 3. Импульсы
(И 5, фиг. 2) с выхода триггера 5 поступают на вход схемы И 6, на второй вход которой поступают
импульсы генератора тактовых импульсов 22 (И 22, фиг. 2). Выход схемы И 6 подсоединен к суммирующему
входу счетчика 7, который каждый 191кл обнуляется передним фронтом импульса
с триггера 5. Таким образом, на суммирукйдем счетчике 7 каждую
посылку зондирующего импульса регистрируется число, пропорциональное
базовому расстоянию. На вычитающий вход реверсивного счетчика 9 поступают
импульсы генератора тактовых импульсов 22. В момейт перехода реверсивным счетчиком 9 значения О
импульс с его выхода Перенос запускает одновибратор 10, который
вырабатывает короткий импульс, поступающий на вход Запись реверсивного счетчика 9, осуществляя запись
в него значения числа, хранящегося 1 в регистре 8. Импульс с выхода одно вибратора 10 поступает также через логический элемент И 11 на вход
Запись регистра 8, переписьюая в него значение числа, набранного в суммирующем счетчике 7. Схема И 1 .
закрывается с выхода триггера 5 через инвертор НЕ 12 каждую посылку зондирующего импульса на время под
счета суммирующим счетчиком 7 числа пропорционального базовому расстоянию
. /Так как период следования зондирующих импульсов в несколько раз больше наибольшего времени прохождения
ультразвука до опорного приемно-усилительного блока 3, информация в регистре 8 обновляется
каждый цикл зондирования. Преобразо ватель 13 работает аналогично преоб
разователю 4, на его выходе формируется число, пропорциональное измеряемому уровню.
Таким образом, частота следования импульсов (И 4 на фиг. 2) на выходе преобразователя 4 пропорциональна
опорному расстоянию, а на выходе преобразователя 13 пропорцио нальна измеряемому уровню.
Импульсы с выхода преобразователей 4 и 13 поступают на решающие входы вычислителя 25, а на вход За
пуск последнего поступают импульсы с выхода реверсивного счетчика 24,
на вычитающий вход которого поступа ют импульсы запуска излучателя ульт
развука 1. На информационных входах реверсивного счетчика 24 набрано
число, которое для обеспечения нормальной работы вычислителя 25 должно быть больше, чем число циклов
усреднения значения измеряемого уро ня. Выход Перенос реверсивного счетчика 24 подключен к собственному
входу Запись. Таким образом, на вычислитель 25 с выхода реверсив ного счетчика 24 поступает команда
Запуск с периодом, большим, чем 6 время усреднения информации вычисли-1
телем 25. Вычислитель реализует алгоритм fz ,
где f - частота следования импульсов на выходе измерительного преобразователя 13;
частота следования импульсов на выходе опорного преобразователя 4;
коэффициент деления частоты делителем; число импульсов на выходе
вычислителя. Вычислитель выдает результат при поступлении импульса Запуск на
вход установки триггера. Очевидно, если К - коэффициент деления частоты, набранный в задатчике
делителя частоты вычислителя 25, будет численно равен базовому расстоянию , например, в миллиметрах,
то N будет равно измеряемому значению уровня в миллиметрах. Причем,
так как значение уровня вычисляется fz через отношение г-, то на точности
предлагаемого уровнемера не будут сказываться дестабилизирующие воздействия
, например, от изменения скорости ультразвука, при изменении внешних условий среды.
Также на точности измерения не будет сказываться флуктуация параметров
измерительных схем (приемноусилительных блоков, триггеров
и т.д.), потому что в уровнемере вычисляется среднее значение отношения
fj/fi за какое-то время, определяемое значением числа, набранным
в задатчике делителя частоты вычислителя 25. Таким образом, предлагаемый уровнемер
позволяет повысить точность и упростить процесс измерения уров
