Бесконтактный ультразвуковой следящий уровнемер индикации фазового состава и границ раздела фаз многофазной несмешивающейся среды

Бесконтактный ультразвуковой следящий уровнемер индикации фазового состава и границ раздела фаз многофазной несмешивающейся среды

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП

ИЗОБРЕТЕНИЯ (:и 5320IO

Союз Советских

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное .к авт. свид-ву (22) Заявлено 27.03.74 (21) 2009541/10 с присоединением заявки М (51) М. Кл б 01F 23!28

Совета Министров СССР ло делам изобретений и открытий (53) УДК 681.128.82 (088.8) Опубликовано 15.10.76. Бюллетень М 38

Дата опубликования описания 06.10.76 (72) Авторы изобретения

В. Г. Александров и В. А. Калинин (71) Заявитель (54) БЕСКОНТАКТНЪ|Й

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ СЛЕДЯ ЩИ Й УРОВ H EMEP

ИНДИКАЦИИ ФАЗОВОГО СОСТАВА

И ГРАНИЦ РАЗДЕЛА ФАЗ

МНОГОФАЗНОЙ НЕСМЕШИВАЮЩЕЙСЯ СРЕДЬ|

Государствениый комитет (23) Приор итет

Изобретение относится к технике измерения положения поверхностей раздела фаз многофазной среды и определения вида каждой из фаз и может найти применение в различных отраслях промышленности.

Известны акустические уровнемеры для измерения уровня одной поверхности раздела фаз (1, 2), содержащие акустические преобразователи, генераторы зондирующих импульсов, соединенные с преобразователями, приемное устройство в виде усилителя-формирователя и блок сигнализации.

Известен также акустический датчик непрерывной индикации границы раздела двух несмешивающихся жидкостей (3), содержащий подвижную каретку с четырьмя пьезоэлектрическими элементами, образующими два наклонных акустических канала, привод каретки, генераторы зондирующих импульсов, усилитель-формирователь и блок сигнализации.

Недостатком известных устройств является невозможность измерения положения поверхностей раздела фаз многофазной несмешивающейся,среды и определения вида каждой из фаз, находящейся у границ раздела, а также отсутствие сигнализации о появлении тонкого слоя одной фазы у стационарной или перемещающейся поверхности другой фазы.

Для расширения диапазона применения, повышения точности измерения и обеспечения возможности определения вида каждой из фаз в предлагаемый уровнемер дополнительно введены блок генераторов стробирующих импульсов, генератор импульса задержки, блок селекторов и блок схем памяти, при этом селекторы включены попарно на выход каждого усилителя-формирователя, управляlO ющие входы пар селекторов подключены к выходам разноименных генераторов стробирующих импульсов, подключенных последовательно через генератор импульса задержки к блоку запуска и сброса, выход каждого селектора соединен с входом одной схемы памяти, управляющий вход которой связан с блоком запуска и сброса, а все схемы памяти своим выходом подключены к блоку управления приводом и блоку сигнализации.

На фиг. 1 представлена функциональная схема описываемого уровнемера; на фиг. 2— хрономограмма сигналов; на фиг. 3 — каретка с пьезоэлементами; на фиг. 4 — сосуд с укрепленными на нем элементами уровнемера.

Уровнемер состоит из двух блоков: датчика Д и блока электроники БЭ. Датчик уровнемера состоит из подвижной каретки 1 с укрепленными в ней пьезоэлементами 2 и 3, 53201О .

3 направляющих 4, лыски 5, расположенной на сосуде 6 и необходимой для создания на поверхности круглого сосуда плоскости, служащей для осуществления акустического контакта между стенкой сосуда и пьезоэлементами 2 и 3. Направляющие 4 и элементы электропривода 7 крепятся к сосуду 6 с помощью кронштейнов 8. Со стороны излучающей поверхности пьезоэлементы закрыты тонкими защитными протекторами 9 и 10, изготовленными из электро- и звукопроводящего материала, На каретке 1 имеются масленка 11 с фетром 12 для смазывания поверхности лыски 5 в процессе движения каретки 1, пру>кины 13, 14 и 15 для прижима пьезоэлементов и каретки к плоскости лыски. Все это необходимо для обеспечения акустического контакта между стенкой сосуда и пьезоэлементом.

Кинематическое соединение каретки 1 с приводом 7 осуществляется с помощью c1альноro тросика 16, а электрическое соединение пьезоэлементов 2 и 3 с блоком электроники— с помощью линии связи 17, изготовленной из гибкого экранированного провода.

Блок электроники содержит различные генераторы, усилители, логические схемы и т.д.

Тактовый генератор 18 задает частоту посылки зондирующих импульсов в исследуемую среду. Схема запуска и сброса 19 служит для увеличения мощности и скорости нарастания переднего фронта запускающих и сбрасывающих импульсов. Генераторы зондирующих импульсов 20 и 21 возбуждают акустические колебания в пьезоэлементах 2 и 3. Генератор

22 импульса задер>кки обеспечивает необходимое время задержки срабатывания генераторов 23а, 231>, 23.„, 23п стробирующих импульсов по отношению к началу цикла зондирования среды, связанное со временем распространения акусти IecKHx Возмущении В Нсследуемой среде. Генераторы 23а, 23b, 23..., 23п подключены последовательно к генератору 22 и друг к другу. Первым стоит генератор 23а, вырабатывающий импульс, длительность которого обусловлена изменением скорости распространения ультразвуковых колебаний в данной фазе за счет изменения внешних условий, а время действия относительно начала зондирования определяется наибольшей скоростью ультразвука V, которую и«еет одна из фаз многофазной среды. Время действия импульса следующего генератора

236 обусловлено скоростью распространения ультразвука 1 ь для другой фазы и т. д. При этом должно выполняться условие V,)1>,)

)V...)Р при всех вариациях внешних условий. Пьезоэлементы 2 и 3 через ограничители 24 и 25, усилители 26 и 27 и детекторы

28, 29 подключены к входам формирователей

30 и 31. Генераторы стробимпульсов связаны с соответствующими временными селекторами, объединенными в две группы: группу верхнего информационного канала (32а, 326.

32..., 32n) и группу нижнего информационного канала (33a, 33b, 33..., 33n). Каждая груп па селекторов подключена к выходу формирователя 31 и 30 соответствующего канала (селекторы в группе соединены параллельно), и каждый селектор вырабатывает им5 пульс, жестко связанный с передним фронтом информационного импульса, прошедшего

Но "îé или иной фазе. Селекторы подключены к соответствующим схемам памяти 34а, 34о, 34..., 34n и 35а, 35b, 35..., 35n, которые

10 запоминают факт прохождения информационного сигнала через селекторы на период цикла Т„, Таким образом, динамические информационные сигналы преобразуют в квазипотенциальные сигналы «да» или «нет», от ко1,; торых работают все последующие схемы управления и сигнализации: схема управления

36 приводом, схемы 37 сигнализации и выделения того или иного сигнала, схемы 38 выбора режима работы и схемы 39 управле20 ния технологическим процессом. Отсчет координат уровня производят по шкале, установленной в показывающем устройстве 40, которое связано кинематически с электроприводом 7. На концах измерительной базы сосу> да установлены концевые выключатели 41,42 и сигнальные устройства 43, 44, с помощью которых получают информацию об опоро>кнснии и заполнении сосуда. Концевые выключатели срабатывают при соприкосновении с

З0 кареткой 1.

Устройство работает следующим образом.

Допустим, что в сосуде находятся следующие фазы: газовая — Г, легкая жидкая Яь тяжелая жидкая — 5К и осадок — О (фиг. 1 и

35 фиг. 2). Пусть в легкой жидкости 5К1 скорость ультразвука меньше скорости ультразВука В тяжелой жидкости /Кч. Осадок О, как правило, имеет значительное затухание дггя ультразвуковых колебаний. Пусть в псрвона40 чальный момент времени каретка 1 с пьезоэлементами 2 и 3 находится в зоне расположения газовой фазы Г. Импульсы с генератороВ зондирующих имп льсоВ U20, Vg с помощью пьезоэлементов посылаются в иссле45 дуемую среду с периодом T„. Ввиду большой разницы в плотностях между газом и материалом, из которого сделана стенка сосуда. отраженных сигналов от противополо>кной степки сосуда практически наблюдаться не

50 будет. Таким образом, в обоих каналах отсутствуют импульсы. Все схемы памяти устройства: 34а, 34b, 34..., 34n, 35а, 35b, 35, 35п будут находиться в состоянии «нет». Логическая схема управления 36 приводом включит

55 привод 7 на движение каретки 1 вниз. Если предварительно задана программа поиска верхней поверхности тяжелой жидкости )K2, то каретка 1 двинется вниз и будет двигаться до тех пор, пока в нижнем пьезоэлементе 3

60 нс появится сигнал наличия заданной фазы.

Это произойдет тогда, когда нижний пьезоэлемен" ока котся в зоне расположения жидкости >К. В этот момент на пьезоэлементах наблюдают следующую комбинацию сигнаб5 лов: на нижнем — U> и время задержки пер532010

15

:.> Э

5 вого отраженного информационного импульса относительно зондирующего импульсаравно,<,, на верхнем — U с t,. Совокупность зондируюших и отраженных сигналов обрабатывают в нелинейных ограничителях 24 и

25, где амплитуда зондирую!цего импульса с1;ижается со 100 — 200 до 1,5 — 2,0 В. Затем эти сигналы усиливаются усилителями 27 и

26 и детектируются амплитудными детекторами 29 и 28. Сигналы после детекторов—

Upg, U 8 поступают на формирователи 31 и 30, в которых из каждого продетектированного импульса достаточной амплитуды формируется стандартный по длительности (2,0++-0,1 мксек) и амплитуде (10 — 11В) импульс.

Временное положение каждого импульса формирователей U», U>II жестко связано (с точностью до 0,5 мксек) с передним фронтом отраженных сигналов. Импульсы с формирователей поступают на две группы селекторов

32а, 32b, 32..., 32n и 33а, 33b, 33..., 33n. На управляющие входы селекторов поступают стробимпульсы с соответствчюших выходов

Ргэа 7гзь генераторов 23а, 236. Запуск цепочки генераторов 23а, 23b, 23..., 23п осуществляется от генератора 22, длительность импульса которого Т,,„7 равна наименьшему времени распространения ультразвуковых колебаний в исследуемой среде. Запуск генератора 22 произведен в момент начала цикла зондирования от схемы запуска и сброса 19.

На выход селекторов 32а и 33b сигналы с формирователей пройдут только в том случае, если на их управляющие входы поступят соответственно стробимпульсы от генераторов 23а и 23b. Соответствующие схемы памяти 34а и 35b перейдут в состояние «да» и будут находиться в этом состоянии до начала следующего цикла зондирования, когда импульс со схемы запуска и сброса 19 сбросит их в состояние «нет».

Если ситуация расположения данных фаз нс изменится, то с приходом информационного сигнала следуюшего цикла схемы памят1!

34а и 356 перейдут в состояние «да». (Время между ДВум11 состояниями «д l>> j>BBHo E >« для схемы 34а и /„для схемы 35b). Та» как время цикла Т„))/, и t, (Т, =10" t,, ). то на выходе схем памяти наблюда!от практически постоянный потенциальный уровень «да».

По этим сигналам в оп:!санный момент времени логическая схема 36 управления приводом выдает ком аиду на Остановку привода 7. По показывающему устройству 40 считывают значение координаты уровня верхней поверхности тяжелой жидкости >юг, Если после этого данный уровень начнет изменяться в Tv или иную сторону, то на преобразователях 2 и 3 возникнет комбинация сигналол, вызывающая команду на движение каретки 1 в ту или иную сторону до остановки на Нов вом значении уровня и т. д. Если предвар",тельно задана программа измерения или сл"жения за координатой уровня верхней 1гз верхности легкой жидкости Ж1, то схема упрал7BHHH 36 раоотает с дпугой комбинациеи сигн алов, à именно: нижний кана 7 — инфор !ационн1!!! импульс от жидкости,>К1, верхний кана 7 — отсутствие ин<ЪО!7мационпого сигнала. Любое изменение этой комбинации вызовет Вк,7!Очепие привода 7 и соответствуюшсс смешение каретки 1. Если предварител1,но задана программа пнд:!капни фазового состава исследуемой среды, то каретка 1 движется лдо",h всего столба !сследуемой среды. а соответствующие сиг! альные и показываю1цис устройства информируют о фаЗОВОХ! СОСтаВЕ СРЕДЫ.

Таким образом. в любой момент времени ппоизлодят отсчет координат уповня поверхностей раздела фаз по показь1ла!ОИ1ему прибопу 40 и получают информацию о наличии то!! или иной фазы на данном уровне по показаниям сигнальных устройств (37, 38) .

Формула изобретения

Бесконтактный ультразвуковой следящий уровнемер ичдикации фазового состава и границ раздела фаз многофазной несмешиваюIIlcйся среды. содержа1ций дла акустических преооразователя. закреп 7pHHbI . в подвижной каретке и расположенных о7ин под другим в плоскости. перпендикулярной границе раздела, привод каретки, блок v17pBB,7åíêÿ приводом, тактовый генератор, подключенный через блок запуска и сброса к входу двух генераторов зондирующих импульсов, два усилителя-формирователя. каждый из которых соединен с акустическим преобразователем и выходо;i генератора зондирующих импульсов и блок сигнализации, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения диапазона применения, повьиисния точности измерения и обесгсчения Возможности Опреде,7eния Вида каждой IIB фаз, л него дсиолнительно введены блок генераторов стробиэующих импул1,сов, г генератор импульса задспжки. Олок селекторов и блок схсх! памяти. Нрll этом cå7ñl<òoðû включень! попарно иа выход каждого усилителя-формирователя. управляющие входы пар се;!екторОВ Ho zi.,7ючс1!1з1 и Вьl Одам р азноСHHI Ix генсраторов ст1>обиру1О!НHx импульсоз, подкл!оченных послсдоватсльно через ге-! сратОр имиу льса задср>кки к Олоку запус! а и сброса, выход кажjoão селектора сосдинсн с входом одной схемы -.!амяти, у!7равля!О!ци!! гход которой связан с блоком запуска и сороса. I лсс с хе: ы нам !! ти слОН

Олок! сигнализации.

Источи: и информации, принятые во внимание при экспсртпзе.

1. Лвт. сл. СССР ¹ 221100550011, М. кл. G 01F

23 28, 1965.

2. Д. И. Лге!!кин, «Датчики контроля и ре; ."ирсвания». Ч., 1965. стр. 430.

3. Лвт. св. СССР ¹ 203963, M. кл. G 01F

23 28, 1966.

532010

Редактор С. Хейфиц

Заказ 2133/9 Изд. М 663 Тираж 864 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Я-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2

Составитель А. Афонин

Техред Е. Подурушина

Корректоры: В. Яковлева и В. Дод