устройство для обнаружения положения границы раздела жидкой и газообразной сред

Формула изобретения

Устройство для обнаружения положения границы раздела жидкой и газообразной сред, состоящее из приемно-излучающего пьезопреобразователя, усилителя, импульсного генератора и релейного каскада, отличающееся тем, что в него введены детекторный каскад, частотно-избирательный усилитель, усилитель мощности, аналоговый электронный переключатель, апериодический низкочастотный фильтр и пороговое устройство, причем первая металлическая обкладка приемно-излучающего пьезопреобразователя соединена со входом частотно-избирательного усилителя, выход которого связан с перекидным контактом аналогового электронного переключателя, в нормально открытый контакт аналогового электронного переключателя соединен со входом усилителя мощности, выход которого соединен со второй металлической обкладкой приемно-излучающего пьезопреобразователя, управляющий вход аналогового электронного переключателя связан с выходом импульсного генератора, нормально закрытый контакт аналогового электронного переключателя соединен со входом усилителя, выход которого соединен со входом детекторного каскада, выход детекторного каскада связан со входом порогового устройства, выход которого соединен с апериодическим низкочастотным фильтром, выход апериодического низкочастотного фильтра связан со входом релейного каскада, контакты реле которого являются выходом устройства.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрических измерений неэлектрических величин, в частности к устройствам контроля уровня жидкости, и может быть использовано в газовой, нефтяной и химической промышленности в технологических установках, требующих в процессе работы контроля за превышением уровнем жидкости заданной границы.

Известен указатель уровня УДУ-5, состоящий из поплавка, перемещающегося по направляющей, закрепленной на дне резервуара, натяжного устройства, перфорированной ленты, намотанной на барабан, направляющих роликов, зубчатого шкива, от счетного механизма и потенциометрического преобразователя /Б.И. Жарковский "Приборы автоматического контроля и регулирования". М., ВШ, 1989 г/.

Недостатком известного устройства является его низкая надежность при работе на открытом воздухе при низких температурах окружающей среды. В этих условиях на тросиках и перфорированной ленте устройства наблюдается образование снеговой, ледяной или из застывшего нефтепродукта корки, препятствующей свободному перемещению деталей измерительного механизма.

Известен также ультразвуковой сигнализатор уровня - /А .С. N 987398. бюл. N 1 от 07.01.83/, содержащий приемно-излучающий пьезопребразователь, усилитель, импульсный генератор, первый и второй генераторы стробимпульса, первый и второй интеграторы, первый и второй электронные ключи и релейный каскад.

Достоинством известного устройства является независимость его работы от внешних метеоусловий.

Недостатком известного устройства является сложность конструкции и потребность в высоковольтном источнике для обеспечения устойчивого сигнала от пьезопреобразователя.

Цель изобретения - упрощение конструкции устройства.

Указанная цель достигается тем, что в известное устройство, состоящее из приемно-излучающего пьезопреобразователя, усилителя, импульсного генератора и релейного каскада, введены детекторный каскад, частотно-избирательный усилитель, усилитель мощности, аналоговый электронный переключатель, апериодический низкочастотный фильтр и пороговое устройство, причем первая металлическая обкладка приемно-излучающего пьезопреобразователя соединена со входом частотно-избирательного усилителя, выход которого связан с перекидным контактом аналогового электронного переключателя, а нормально открытый контакт аналогового электронного переключателя соединен со входом усилителя мощности, выход которого соединен со второй металлической обкладкой приемно-излучающего пьезопреобразователя, управляющий вход аналогового электронного переключателя связан с выходом импульсного генератора, нормально закрытый контакт аналогового электронного переключателя соединен со входом усилителя, выход которого соединен со входом детекторного каскада, выход детекторного каскада связан со входом порогового устройства, выход которого соединен с апериодическим низкочастотным фильтром, выход апериодического низкочастотного фильтра связан со входом релейного каскада, контакты реле которого являются выходом устройства.

Анализ найденных в результате поиска патентных, информационных и каталожных материалов по фондам областной универсальной научно-технической библиотеки г. Саратова позволяет сделать вывод, что предлагаемое изобретения не известно из уровня техники, т.е. оно является новым.

Кроме того, предлагаемое устройство не следует явным образом из анализируемых источников, т. е. имеет изобретательский уровень. Рассматриваемая конструкция устройства для обнаружения положения границы раздела жидкой и газообразной сред вызвана практикой эксплуатации, а именно, данное устройство позволяет обнаруживать положение уровня жидкости в технологических сосудах из любого материала при наружном измерении. Это свидетельствует о тем, что предлагаемое устройство обладает промышленной полезностью.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена структурная схема устройства, а на фиг. 2 - эпюры напряжений.

Устройство для обнаружения положения границы раздела жидкой и газообразной сред содержит приемно-излучающий пьезопреобразователь 1, частотно-избирательный усилитель 2, усилитель мощности 3, аналоговый электронный переключатель 4, импульсный генератор 5, усилитель 6, детекторный каскад 7, пороговое устройство 8, апериодический низкочастотный фильтр 9, релейный каскад 10, контролируемую емкость 11 с жидкостью 12.

Устройство работает следующим образом.

При подаче электрического напряжения на электроды питания устройства генератор 5 начинает формировать прямоугольные импульсы. Скважность импульсов в цикле значительно больше единицы. Импульсы с импульсного генератора 5 поступают на управляющий вход электронного аналогового переключателя 4. Во время действия импульса аналоговый электронный переключатель подключает выход частотно-избирательного усилителя 2 ко входу усилителя мощности 3. При этом в приемно-излучающем пьезопреобразователе 1, включенном между входом частотно-избирательного усилителя 2 и выходом усилителя мощности 3, начинают возбуждаться электрические колебания с частотой, определяемой собственной частотой колебательной системы, образованной приемно-излучающим пьезопреобразователем 1 и стенкой контролируемой емкости 11, к которой прикреплен приемно-излучающий пьезопреобразователь 1. Автоколебания в системе в соответствии с ее добротностью нарастают до установления постоянной амплитуды /фиг. 2, график 1/. После прекращения действия импульса с импульсного генератора 5 перекидной контакт аналогового электронного переключателя 4 разрывает цепь положительной обратной связи между выходом частотно-избирательного усилителя 2 и входом усилителя мощности 3 и замыкает цепь, соединяющую выход частотно-избирательного усилителя 2 со входом усилителя 6. Свободные колебания в механической колебательной системе "стенка контролируемой емкости - пьезопластина" начинают затухать в соответствии с потерями в ней энергии.

Если в контролируемой емкости 11 напротив места размещения приемно-излучающего пьезопреобразователя 1 нет жидкости, то автоколебания затухают дольше, чем в случае, когда контролируемая емкость 11 заполнена жидкостью 12. Затухающие колебания с приемно-излучающего преобразователя 1, усиленные частотно-избирательным усилителем 2, через контакты аналогового электронного переключателя 4 подаются на вход усилителя 6. Усиленные колебания с усилителя 6 детектируются детекторным каскадом 7 и отфильтровывается огибающая затухающих колебаний /фиг. 2, график 7/. Низкочастотные сигналы с детекторного каскада 7 подаются на пороговое устройство 8, которое на заранее установленном уровне осуществляет преобразование входного сигнала в импульсы прямоугольной формы. Длительность импульсов на выходе порогового устройства 8 зависит от скорости убывания амплитуды сигналов на его входе. Импульсные сигналы с порогового устройства 8 поступают на апериодический низкочастотный фильтр 9. Конденсатор апериодического низкочастотного фильтра 9 заряжается экспоненциально во время действия импульса и также экспоненциально разряжается при отсутствии импульса. Если длительность импульса превышает длительность паузы, то на выходе апериодического низкочастотного фильтра 9 напряжение не убывает до нуля. Если длительность паузы начинает превышать длительность импульса, то амплитуда изменений напряжения на выходе фильтра резко убывает и значение напряжения убывает в отдельные моменты времени до нуля /фиг. 2, граф. 9/.

Сигнал с выхода апериодического низкочастотного фильтра 9 подается на вход релейного каскада 10. Порог срабатывания релейного каскада показан в виде прямой линии, параллельной оси времени на графике 9 фиг.2. В те моменты, когда напряжение на входе релейного каскада больше порога срабатывания, происходит замыкание контактов его реле. /фиг. 2, график 10/.

На фиг. 2 график 12 показывает изменения уровня жидкости в контролируемой емкости 11. Повышение уровня до значения, при котором жидкость располагается против места установки приемно-излучающего пьезопреобразователя, приводит к тому, что длительность затухающих свободных колебаний в механической колебательной системе "стенка контролируемой емкости - пьезопластина" резко сокращается из-за перехода большой части энергии ультразвукового импульса в жидкость 12 /фиг.2, графики 1,6/.

Как показано на графике 7, при названном условии сокращается длительность продетектированного импульса, сокращается также длительность импульсов на выходе порогового устройства 8, резко снижается величина сигнала на выходе апериодического низкочастотного фильтра 9. Сигнал на выходе апериодического низкочастотного фильтра 9 уже не превышает порога срабатывания релейного каскада 10 и его реле размыкает свои контакты, сигнализируя о появлении жидкости в месте крепления приемно-излучащего пьезопреобразователя 1 на стенке контролируемой емкости 11.