Устройство для измерения количества вещества в емкости

Устройство для измерения количества вещества в емкости

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И С А п-.й "Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<»>699340

Ф

/б

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено21.11.77 (21) 2545473/18-10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 01 F 23/28

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) УДК 534.232 (088.8) Опубликовано 25.11.79. Бюллетень № 43

Дата опубликования описания 2811.79 (72) Авторы изобретения

E.E. Добров и О.Л.Резник (71) Заявитель

Ивано-Франковский институт нефти и газа (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ КОЛИЧЕСТВА

ВЕЩЕСТВА В ЕМКОСТИ

Изобретение относится к технической акустике и области измеритель ной техники и может быть использовано для измерения количества вещества при произвольном положении его в емкости.

Иэвестны устройства для измерения количества вещества в емкости (1), содержащие генератор, источник и при- 10 емник колебаний, усилитель и детектор. Результаты измерения количества вещества при помощи этих устройств зависят от физических параметров газовой и контролируемой сред, а также от упругих свойств стенок емкости и не имеют высокой точности.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для измерения количества вещества в емкости (2), содержащее генератор синхронизирующих импульсов, детектор, излучатель акустических колебаний и приемник, к выходу которого подключен усилитель.

Недостатком этого устройства также является зависимость его показаний от физических свойств газовой и контролируемой сред, а также поглощающих снойстн стенок емкости, что вносит существенную дополнительную погрешность, Целью изобретения является повышение точности измерения количества вещества в емкости.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстно дополнительно внедены генератор широкополосного сигнала, четыре электронных ключа, второй детектор, источник постоянного напряжения, два интегратора, два нуль-индикатора, устройство управления и измеритель временных интервалов, при этом выход генератора широкополосного сигнала через модулятор подключен к входу излучателя, акустических колебаний, выход усилителя через основной детектор подклю-. чен к входу первого электронного ключа и через второй детектор — к входам второго и третьего электронных ключей, к входу четвертого электронного ключа подсоединен выход источника постоянного напряжения, вход первого интегратора подключен к выходам первого и второго электронных

;ключей, а вход второго †к выходам третьего и четвертого электронных ключей, входы нуль-индикаторов под699340

КЛИ««ЕНЫ COOTB TCTВЕННО Е< ВЫХОДам интGi p3. ТороВ, ВхОт,ы устрОАс BB. Управления присоеди Iekl к Выходам нуль-! лндикаторов и Генератора синхрОниэи

P /&3IkII<Õ ИМПУЛЬСОВ «ПРИ ХЕМ ВЫХОД Последн-::I o подключен также к управляющему входу модулятора, вход иэмери5 те ля Боеменных интервалов подключен к Одному из выходов устройства управления, а Остальные четыре ВыхОда пО. слецнеГО присОодинсны к управляющим 10 вхоцам электронных ключей . еаза фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства для измерения количества вещества в емкости; на. фиг. 2 — временные диаграммы напряжений B различных точках схе15 мы, Устро.:лство содержит генератор 1 шиРОКОПОЛОСНОГО СИГНала е ВЫХОД I

Входу которого присоединен выход основногс детектора 10„ причем к входу второго детектора 6 и детектора 10 через усилитель 11 подключен выход 30 приемника 12 акусти «еских колебаний, нуль-индикатор 13, вхоц которого через интегратор 14 присоединен к выходам ключей 4 и 9, нуль-индикатор

15, Вход которого через интегратор 35

16 подключен к выходам ключей 5 и 7, $ стРОйстВО УпРаВлениЯ 17е ВхОДы кО торОГО присоединены к выходам нуль1лндие<аторов 1 3 и 15 и r енераTopa 18

СИНХРОНИЗИРУЮЩИХ ИМПУЛЬСОВ е ВЫХОД КО 4g торого также подключен к управляющему Входу модулятора 2, измеритель 19 временных интервалов,, вход которого

ПРИСОЕДИНЕН К ОДНОМУ И3 ВЫХОДОВ УСТ— ройства управления, четыре Остальных

Выхоца последнего подключены к управ- 45 ляющим Входам ключей 4, 5, 7 и 9.

B процессе измерения количества вещества В емкости на излучатель 3 поступает широкополосной сигнал звуковой частоты (например, шум илл час- 5О тотно-модулированный сигнал) от генератора 1 широкополосного сигнала, промодулированный по амплитуде прямоугольными импульсами от генератора 18 синхронизирующих импульсов при помощи модулятора 2. B момент подачи заднего фрОнта импульса От ГенератО ра 19 на управляющий вход модулятора

2 происходит выключение звука в емкости, Одновременно устройство управ- ц ления формирует сигнал, открывающий ключ 9. атухающий по экспоненциальному закону сигнал, принимаемый приемником 1? акустических колебаний, усиливается при помощи усилителя 11, а его огибающая выделяется при помощи детектора 10 и через ключ 9 поступает на вход интегратора 14. Ключ 9 закрывается сигналом, поступающим на его управляющий вход от устройства управления 17, по истечении заранее заданного промежутка времени Т<,, большего длительности переходного процесса.

По истечении промежутка времени, равного 2T, устройство управления формирует сигналы, открывающие ключи

4 и 7. Сигнал отрицательной полярНосТН равный амплитудному значению широкополосного сигнала в установившемся режиме, с выхода детектора 6 через ключ 4 поступает на вход интегратора 14, а постоянное напряжение положительной полярности от источника постоянного напряжения 8 на вход интегратора 16 через ключ 7.

По достижении нуля на выходе интегратора 14 устройство управления формирует сигналы на закрытие ключей 4 и

7 на открытие ключа 5. Через ключ 5 сигнал отрицательной полярности, равный амплитудному значению широкополосного сигнала в установившемся режиме, с выхода детектора 6 поступает на вход интегратора 16. По достижении нуля на входе интегратора 16 устройство управления формирует сигнал на закрытие ключа 5. йуль-инди-; каторы 13 и 15 служат для фиксации нулевых уровней напряжения на выходах интеграторов 14 и 16 и подачи соответствующих логических сигналов на входы устрбйства управления 17, которое, в свою очередь, формирует интервал времени между поступлением сигналов от индикаторов 13 и 15 соответственно. Сигнал, приводящий измеритель 19 временных интервалов в исходное состояние, поступает также от устройства управления 17. Промежуток Времени, измеренный измерителем 19 временных интервалов, будет пропорционален свободному от контролируемой среды объему и не зависит

От физических свойств газовой и контролируемой сред, а также от поглощающих свойств стенок емкости.

Работу .устройства иллюстрируют временные диаграммы (на фиг. 2), где

U — напряжение на выходе модулятора 2; U — напряжение на выходе усилителя 11; U3- напряжение на выходе детектора 10; U - напряжение на выходе детектора 6у U - напряжение на управляющем входе ключа 9; Ub - напряжение на управляющем входе ключа 4;

U — напряжение на управляющем входе ключа 5; U — напряжение на управляющем входе ключа 7," U - напряжение на выходе интегратора 14; U — напряжение на выходе интегратора 16.

Электронные ключи 4, 5, 7 и 9 открываются при подаче напряжения на их управляющие входы.

699340

Формула изобретения

Т f6K1PV

К cs

Известно, чта реакция замкнутага объема на импульсное широкополосное акустическое воздействие описывается выражением

4P /

5 при включении источника звука и при выключении источника звука, где б - плотность звуковой энергии; Р— мощность источника звуковых колеба,ний; С вЂ” скорость звука; S — внутрен,- 5 няя площадь емкости; d. — коэффициент поглощения внутренней поверхности емкости; М вЂ” объем; t — время.

Напряжение на выходе детектора 10 после выключения источника звука описывается выражением

4.К„Р - СБ И)

Ь СВ 4М

Напряжение на выходе детектора б после включения источника звука описывается выражением

+К Р,i -CS.

3Q а в установившемся режиме где К вЂ” общий коэффициент передачи приемйика 12 акустических колебаний усилителя 11 и детектора 10; К2 общий коэффициент передачи приемника 12 акустических колебаний, усили- 4О теля 11 и детектора б.

На вход интегратора 14 подается сначала напряжение О в течение времечи То, а затем напряжение U4 в течение времени Т(, причем напряжение на 45 выходе интегратора 14 по истечении времени 2Та+Т равно нулю,. и за время от Т до 2 То напряжение на входе интегратора отсутствует. Таким образом, с учетом выражений (1) и (2) можно записать

4Клр с сц 1 кто+т1 к

) е — ad%+ " J — — — dt o, (У где

Решая уравнение (3) относительна

Т1 при достаточно большом времени Т« получим

6О

rIa вход интегратора 16 подается сначала напряжение от источника 8 по- 65 стаяннаго напряжения в течение времени Т, а затем напряжение 0 в течение времени Т, причем напряжение на выходе интегратора 16 по истечении времени 2Т„,+Т, будет равно нулю. Таким образом можно записать оо« "К

2т Т +Т

U Ж, з — — dt=o, Од ХТ, U 2t +TÄ Огде Сц — постоянная времени интегратора 16; U — напряжение на выходе источника напряжения 8 °

Решая уравнение (5} относительно

Т и подставляя вместо Т правую часть выражения (4), получим: (()

Если коэффициенты 2 передачи детекторов б и 10 равны, то К -- K =К и выражение (4) можно записать

%Ц,Р к

Таким образом, время Тх пропорционально свободному объему емкости и не зависит ат параметров G, 5 и с, а объем кантралируемога вещества будет равеч разности между общим объемом емкости и объемом ч .

Устройство обладает более высокой точностью измерения,. чем известные, за счет независимости его показаний от физических свойств газовой и контролируемой сред и звукопоглощающих свойств внутренних стенок емкости.

Устройство для измерения количества вещества в емкости, содержащее генератор синхранизирующих импульсов, детектор, излучатель акустических колебаний и приемник, к выходу которого подключен усилитель, о т л и ч а ю щ е е с я тем, чта, с целью повышения точности, в него введены генератор широкополосного сигнала, четыре электронных ключа, второй детектор, источник постоянного напряжения, два интегратора, два нуль-индикатора, устройства управления и измеритель временных интервалов, при этом выход генератора широкополосного сигнала через модулятор подключен к входу излучателя акустических колебаний, выход усилителя через основной детектор подключен к входу первого электронного ключа и через второй детектор — к входам второго и третьего электронных ключей, к входу четвертага электронного ключа подсоединен выход источника постоянного напряжения, вход первого интегратора подключен к выходам первого и второго элект699340. ронных ключей, а вход второго — к выходам третьего и четвертого электронных ключей, входы нуль-индикаторов подключены соответственно к выходам интеграторов, входы устройства управления присоединены к выходам нульиндикаторов и генератора синхронизирующих импульсов, причем выход последнего подключен также к управляющему входу модулятора, вход измерителя временных интервалов подключен к одному из выходов устройства управления, а остальные четыре выхода последнего присоединены к управляющим входам электронных ключей.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 282687, кл. G F 23/28, 1962.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 507781, кл. G 01 F 23/28, 1976 (прототип) .

699340

Составитель В.Пирогов

Текред О.Андрейко Корректор Е.Папп

Редактор Л. ибер

Зака ° 7429/43 Тираж 844 Подписное

4- ИИПИ Государственного коьытета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r.ужгород, ул.Проектная, 4